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Probenmanagement im Labor ganz leicht gemacht

Probenmanagement im Labor – was es zu beachten gilt

| von Julia

Das richtige Probenmanagement gehört zu den wohl wichtigsten Aufgaben in jedem Labor. Neben der optimalen Lagerung und Identifizierbarkeit sollte damit ebenfalls sichergestellt werden, dass keine unnötigen Probleme entstehen – etwa beim Wiederfinden von Proben. Wie ein Probenmanagement idealerweise abläuft, welche Aspekte dabei besonders wichtig sind und wie sich Probleme lösen lassen, haben wir in diesem Blogbeitrag für Sie zusammengefasst.

Wo wird Probenmanagement benötigt?

Die möglichen Einsatzorte für das Probenmanagement sind genauso vielfältig wie die Proben selbst. So lassen sich diverse Bereiche differenzieren, in denen Laborproben regelmäßig benötigt werden. Zu den wichtigsten Gebieten zählen insbesondere die folgenden:

  • Umweltanalytik: Die Umweltanalytik umfasst Bereiche wie die Grundwasser- oder Oberflächenwasserbeprobung sowie die Analyse von Abwasser. Hierbei ist elementar, dass die einzelnen Proben differenziert und qualifiziert bewertet werden können.
  • Qualitätssicherung: Die Qualitätssicherung findet sich in fast jedem Gebiet wieder – von Lebensmittelunternehmen über Materialhersteller bis hin zu Beschaffung, Montage und Wartung. Das Probenmanagement dient dabei der Schaffung und Erhaltung von gewünschten Qualitäten.
  • Auftragsanalyse: Ganz ähnlich verhält es sich bei der Auftragsanalyse. Diese wird extern vergeben und soll eine Konzept- und Ausführungsqualität sicherstellen. Die Herausforderung beim Probenmanagement in diesem Bereich kann deutlich höher sein.
  • Chemielabor: Auch Chemielabore und Medizinlabore werden vor besondere Herausforderungen gestellt, weshalb eine Optimierung des Probenmanagements unerlässlich ist. Nicht selten werden wöchentlich mehrere hundert Proben analysiert, deren Verlust erheblichen Schaden bedeuten kann.

Abläufe im Probenmanagement

Da das Probenmanagement perfekt auf verschiedene Laborbedürfnisse zugeschnitten werden sollte, sehen die Abläufe natürlich nicht immer gleich aus. Wichtig ist allerdings, dass diese geordnet und nach strengen Richtlinien erfolgen. Nur so kann verhindert werden, dass Laborproben verloren gehen oder der qualitative Standard nicht erfüllt wird. Daher sollten einige elementare Schritte nach der Probenahme nicht fehlen:

Erfassung von Aufträgen und Laborproben

An erster Stelle steht die Erfassung von Aufträgen und Probeneingängen. Damit der Überblick nicht verloren geht, sollten diese entweder manuell in eine vorgesehene Liste oder per System aufgenommen werden. Dazu gehört das Vergeben einer eindeutigen Nummer und weiterer wichtiger Probedaten wie beispielsweise Herkunft, Priorität und Material.

Listen und Etiketten

Es folgt die Erstellung von Arbeitslisten, Lauflisten und Etiketten. Während letzteres vor allem der Identifikation und Lagerung dient, bestimmen die Listen den weiteren Verlauf der Proben. Das kann zum Beispiel alle offenen Tätigkeiten und den Analyseumfang betreffen. Dabei sollte die vorher vergebene Nummer immer mitgeführt werden, um die entsprechende Probe jederzeit zuordnen zu können.

Messwerte

In den meisten Fällen ist es nötig, der Probe einen oder gleich mehrere Messwerte zuordnen zu können. Daher sollten diese sowohl beim Probeneingang als auch während des Verlaufs im Blick behalten werden. Eine verlässliche Protokollierung zeigt auf, ob und welche Messungen bzw. Wiederholungsmessungen wann und in welchem Umfang durchzuführen sind oder durchgeführt wurden. Zumeist wird ein digitales Programm verwendet, um den Überblick behalten zu können.

Grenzwertprüfung

Hinzu kommt eine anfängliche und ständige Grenzwertüberwachung, die der Kontrolle dient. Hierbei können neben analytischen Grenzen (wie den Bestimmungsgrenzen, Nachweisgrenzen und den Plausibilitäten) auch allgemeingültige Grenzen (man denke etwa an Materialien, Kunden- oder Auftragsdaten) berücksichtigt werden. Die Einhaltung der Grenzwerte wird mit Definitionen festgelegt und über ein Warn- und Alarmsystem etabliert.

Online-Überwachung

Die Online-Überwachung stellt eine gute Methode dar, alle wichtigen Werte, Grenzen und Daten übersichtlich aufzubewahren und zu ordnen. Inzwischen gibt es einige Apps und Programme, die auch eine Aufbereitung in Regelgrafiken ermöglichen, was das Probenmanagement noch übersichtlicher macht.

Auch können in einer Online-Ansicht Kommentare und Kontrollen hinzugefügt werden, auf die mehrere Benutzer gleichzeitig zugreifen – das kann den gesamten Arbeitsprozess erheblich erleichtern.

Lagerung

Bei den Lagerungsbedingungen muss primär auf die Materialeigenschaften der gesammelten Proben geachtet werden. Dadurch kommen viele verschiedene Anforderungen auf, die im Einzelfall betrachtet und bewertet werden müssen. So besitzen beispielsweise Kleinmolekülverbindungen eine optimale Lagerungstemperatur von -20°C, während diese bei Proteinen, Antikörpern und Assay-Reagenzien bei bis zu -80°C liegen kann.

Die Lagerung dient nicht nur der Aufrechterhaltung der Probenqualität, sondern auch dem Schutz der Viabilität und als Zwischenschritt bei anderen Verarbeitungsprozessen. Die Etikettierung sollte in der gewählten Lagerungsform übersichtlich bleiben, sodass ein schneller Zugriff erfolgen kann. Typische Lagerungsformen von biochemischen und biologischen Proben sind zum Beispiel Gefrierschränke und flüssiger Stickstoff.

Versand

Gleiches gilt im Übrigen auch beim Versand von Laborproben. Hierbei müssen vor allem Temperaturschwankungen vermieden werden, was im Ernstfall nicht immer einfach ist. Um die Umgebungsbedingungen möglichst stabil zu halten, ist auf eine optimierte Innenausstattung der Transportbehälter und auf gut schließende Dichtungen bei Türen und Fächern zu achten.

Entsorgung

Bei der ordnungsgemäßen Abfallentsorgung muss sichergestellt werden, dass nicht nur eine ausreichende Dokumentation im Probenmanagement integriert ist, sondern auch, dass die Entsorgung entsprechend den gesetzlichen Vorgaben durchgeführt wird. Prinzipiell ist es möglich, dass diese Art der Entsorgung später nachgewiesen werden muss, weshalb ein solcher Entsorgungsvermerk für jede weggeworfene Probe vorhanden sein muss.

Für viele Laborarten mit biologischen und biochemischen Probenahmen gilt die Mitteilung 18 der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA), die die Art der Abfälle kategorisiert und einteilt. Das muss sowohl bei einer eigenständigen Entsorgung als auch bei einer Beauftragung berücksichtigt werden.

Bericht und Dokumentation

Darüber hinaus sollten zentrale Stammdaten angelegt werden, die alle wichtigen Informationen zu den Laborproben übersichtlich darstellen und ein Nachverfolgen des Ablaufs ermöglichen. Lassen sich diese Berichte und Stammdaten außerdem geordnet aus dem System entnehmen (man denke etwa an Excel-Listen oder Word-Dokumente), wird der Prozess zumeist erheblich erleichtert. Zu den üblichen Stammdaten können beispielsweise diese Angaben gehören:

  • Einheiten (z.B. Gewicht, Volumen oder Anzahl)
  • Materialien (auch in Hinblick auf zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen bei Lagerung und Transport)
  • Lagerstruktur (etwa Ort und Zugänglichkeit)
  • Analysen (Ist-Stand und vorgesehene Parameter)
  • Prüfvorschriften (sowohl gesetzlich als auch intern)
  • Anweisungen und weiterer Lagerungs- bzw. Entsorgungs- oder Transportverlauf
  • Attribute der Proben
  • Ort der Probenentnahme
  • Zeitpunkt der Probenentnahme (samt eventueller Haltbarkeit)

Richtiges Inventar- und Probenmanagement im Labor

Zu den integralen Bestandteilen eines erfolgreichen Inventar- und Probenmanagements gehören also mehrere Aspekte, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Dabei sind vor allem das Etiketten-Management und das Daten-Management besonders hervorzuheben. Diese beiden Vorgänge sind essenziell, um alle Proben im Blick zu behalten.

Etiketten-Management

Bei den Etiketten handelt es sich um jene Beschriftung, die direkt auf den Proben angebracht wird – entweder in Form von handschriftlichen Notizen oder als Ausdrucke. Dabei sollten die folgenden Eigenschaften unbedingt vorhanden sein:

  • Resistenz gegen Temperatur: Damit die Etikettierung üblichen Anforderungen im Labor standhalten kann, sollte sie gegenüber Temperaturen von bis zu -96°C im flüssigen Stickstoff sowie 100°C im Wasserbad standhalten können.

  • Resistenz gegen Lösungsmittel: Gleiches gilt auch für den Kontakt mit Lösungsmitteln und Desinfektion. Daher sollte eine Markierung verwendet werden, die wischfest gegenüber Ethanol und Isopropanol ist – und auch bleibt.

  • Lesbarkeit: Um Proben zuordnen zu können (man denke etwa an manuelle Arbeitsprozesse wie das Pipettieren) muss der Text der Etikettierung unbedingt lesbar sein. Das gilt vor allem bei handschriftlichen Markierungen.

  • Zuordbarkeit: Hinzu kommt die Zuordbarkeit, die zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein mus. Bei diesem Aspekt kann es hilfreich sein, auf eine digitale Verwaltung mit scanbaren Codes zurückzugreifen.

Daten-Management

Aber nicht nur die Markierung an den Proben, sondern auch das Gesamtbild muss überblickt werden. Dazu muss eine Datenbank implementiert werden, die das Management der Informationen übernimmt. Neben Excel-Tabellen kommen immer mehr Probenverwaltungs-Softwares auf, die diesen Prozess erleichtern. Beim Daten-Management ist auf die folgenden Aspekte zu achten:

  • Hohe Flexibilität für eine laufende Anpassung von Abläufen und Änderungen in der Verwaltung einzelner Proben
  • Dezentraler Zugriff für verschiedene Personen, die mit den Proben arbeiten
  • Fehlerfreie Zuordbarkeit der Proben (beispielsweise durch eindeutige Proben-IDs, die gescannt werden können)
  • Einfache Implementierung und Einarbeitung für die Mitarbeiter, sodass kein allzu großer Extraaufwand entsteht

Probleme des Probenmanagements

Wo Chancen lauern, finden sich allerdings auch immer Probleme – das Probenmanagement ist davon nicht ausgeschlossen. Als typisch können etwa die folgenden Herausforderungen angesehen werden:

Etikettierung und Beschriftung von Hand

Obwohl inzwischen einige digitale Möglichkeiten vorhanden sind, benutzen bis zu 90% (!) aller Labore eine handschriftliche Beschriftung für Proben. Diese sind nicht immer eindeutig lesbar, wodurch die Identifizierbarkeit und Nachverfolgung erschwert werden. Nicht selten ist dieser Faktor ein Grund dafür, dass hohe Kosten durch unbrauchbare Proben entstehen.

Eindeutigkeit bei Beschriftung

Gleiches gilt im Übrigen für die Eindeutigkeit der Beschriftung. Werden die oben genannten Voraussetzungen für die Etikettierung von Laborproben nicht eingehalten, drohen Zuordnungsfehler und Verwechslungen. Das kann nicht nur teuer werden, sondern auch rechtliche Folgen haben.

Manuelle Texteingabe

Die meisten Labore greifen als Probenmanagement derzeit noch auf eine manuelle Texteingabe in Excel-Tabellen zurück. Allerdings zeigt sich immer wieder, dass bei einer solchen Texteingabe kleine Fehler passieren, die beispielsweise beim Scannen von QR-Codes vermieden werden könnten.

LIMS – Laboratory Information Management Systems

Das Gegenstück zur manuellen Texteingabe sind sogenannte LIMS (Laboratory Information Management Systems). Sie sind in allen Analyse- und Diagnostiklaboren zu finden, gestalten die Prozesse digital und machen sie planbar. Allerdings kommen auch diese Systeme nicht ohne Problemstellungen – so sind sie etwa mit hohen Anschaffungs- und Betriebskosten verbunden. Hinzu kommt die teilweise recht aufwändige Einschulung von Mitarbeitern.

Lagerung

Viele Proben erfordern eine Lagerung in hochwertigen Kühl- und Tiefkühlsystemen, die nicht nur beeindruckende Strompreise mit sich bringen, sondern sich auch negativ auf die Beschriftung der Laborproben auswirken können. Auch kommt es vor, dass Objekte in den Tiefen der Gefriertruhen schlichtweg verloren gehen, wenn keine ausreichende Dokumentation über den Lagerungsort vorliegt.

Probenverwaltung-Software und Mobile Apps: die Lösung?

Wer mit handschriftlichen Etiketten und einer manuellen Nachverfolgung der Proben arbeitet, kann einige Vorteile für sich nutzen – aber ist auch von Nachteilen betroffen, die durch eine Software oder eine App ausgeglichen werden könnten. Insbesondere die Schwierigkeit der Nachverfolgung und die übersichtliche Sammlung und Darstellung von Daten gehören zu den Pluspunkten digitaler Lösungen.

Doch sind Probeverwaltung-Softwares (sogenannte LIMS) oder Apps eine tatsächliche Lösung gegen entstehende Problematiken im täglichen Probemanagement? Zur Beantwortung dieser Frage müssen nicht nur eigene firmeninterne Abläufe betrachtet werden, sondern auch die Vorteile der entsprechenden digitalen Möglichkeiten.

Rückverfolgung des Lagerungsprozesses

Dabei sehen die einzelnen LIMS (Laboratory Information Management Systems) und Apps nicht nur verschieden aus, sondern können auch hinsichtlich der einzelnen Funktionen und Möglichkeiten differenzieren. Ganz oben auf der Liste stehen allerdings bei allen die Etikettierung, das Daten-Management und die Rückverfolgung des Lagerungsprozesses.

Proben lassen sich verlässlich auffinden, indem die genaue Markierung und der exakte Standort laufend digital aktualisiert werden – das kann bei einer manuellen Liste mit mehreren Benutzern schnell in Chaos enden. Zwei Bedingungen müssen deshalb bei digitalen Systemen erfüllt werden: zum einen die übersichtliche Darstellung, zum anderen der dezentrale simultane Zugriff von mehreren Personen.

Separate Dokumentation von Laborproben nach Aliquotierung

Die Aliquotierung von Proben gehört zu den Sonderfällen des Probenmanagements und beherbergt die Herausforderung, dass eine Eigenschafts-Vererbung überwacht werden muss. Dabei müssen sowohl vorher festgelegte Eigenschaften strukturiert als auch eine unbegrenzte Anzahl an Aliquots definiert werden – am besten in nur einem einzigen Schritt. Hinzu kommt die Dokumentation der Historie von jeder einzelnen Laborprobe nach der Aliquotierung.

Diese Aufgaben sind nicht nur arbeitsaufwändig und vielfältig, sondern auch bei großen Mengen an Laborproben manuell fast nicht mehr umzusetzen. Um eine fehlerfreie Durchführung und Dokumentation sicherstellen zu können, lohnt sich daher die Verwendung einer Software. Das Probendokumentationsprogramm ordoSYSTEM hat hierfür eine spezielle Funktion.

Sichere Datenbank

Eine digitale Datenbank ist aber natürlich nur dann sinnvoll, wenn sie zu gleichen Teilen nützlich und sicher ist. Im Gegensatz zu einem handschriftlichen Probenmanagement bieten LIMS und Apps den Vorteil, dass der wissenschaftliche und materielle Wert in einer sicheren Datenbankstruktur geschützt werden. Gleichzeitig muss ein Schutz vor unberechtigten virtuellen Zugriffen vorliegen. Auch einfache Excel-Tabellen können diese Anforderungen nicht erfüllen.

Dezentraler Zugriff

Apropos Excel-Tabellen und manuelle Nachverfolgung: Auch bei einem dezentralen Zugriff leisten diese Varianten keinen ausreichenden Umfang. Vor allem in größeren Laboren mit einem höheren Probenaufkommen sollte eine automatische Dokumentation vorhanden sein, auf die von mehreren Orten aus – und von mehreren Personen gleichzeitig – zugegriffen werden kann.

Dazu gehört auch die automatische Dokumentation von Proben, Eigenschaften, Einlagerungen, Auslagerungen und Umlagerungen mit Benutzernamen, Zugriffszeitpunkt und -ort. Dann gehört der Verlust von Proben der Vergangenheit an.

Nennenswerte Systeme im Überblick

Welche LIMS bzw. welche App für das eigene Labor die richtige Wahl darstellt, hängt von mehreren Faktoren ab. Neben dem Umfang der Proben, dem strukturellen Aufbau und der Anzahl der zugriffsberechtigten Personen spielen auch persönliche Vorlieben hinsichtlich der Funktionen und des Interfaces eine wichtige Rolle. Als potenzielle Kandidaten können beispielsweise die folgenden genannt werden:

  • pdv-lims3: Ein branchenneutrales Laborinformationsmanagement-System, das den primären Fokus auf die Darstellung von Qualitätsdaten (samt Grenzwerten) und die Online-Überwachung legt.

  • ordoSYSTEM: Eine spezielle Biobanking-Software, die sich insbesondere mit der Eindeutigkeit der Proben sowie der Sicherheit der Daten und Vernetzung der Informationen bei mehreren Benutzern beschäftigt.

  • Fluics Connect: Eine App zum Registrieren von Laborproben und Daten. Es können zusätzliche Eigenschaften wie Lagerort, Beschreibung, Konzentration, Haltbarkeitsdatum und eigene Parameter ergänzt werden. Die Probenetiketten werden mit einem QR-Code identifiziert.

  • Mosaic: Eine Storage-Tracking-Software, die Platz in den Kühl- und Gefriergeräten für die passende Lagerung von Proben findet.

  • Net: Ein LIMS mit modularem Aufbau, das bei Analysen, Prüfungen und Untersuchungen im Labor unterstützt und außerdem für eine ganzheitliche Probenverwaltung sorgt – vom Probeneingang bis zur Entsorgung.

LIM-Systeme oder Apps – was ist vielversprechender?

Prinzipiell kann gesagt werden, dass beide Systeme einige Vorteile gegenüber der manuellen Nachverfolgung von Laborproben mit sich bringen. Sofern sich die recht hohen Anschaffungskosten von LIM-Systemen lohnen, lassen sich im Regelfall deutlich mehr Daten und Prozesse abbilden. Dem gegenüber steht allerdings der hohe Aufwand, der mit der Implementierung und Schulung für das System einhergeht. GLP- und GMP-Vorschriften müssen strikt eingehalten werden, was technisches Know-how verlangen kann.

Auf der anderen Seite sind Apps zumeist weniger umfangreich, dafür ist die Bedienung intuitiver, der Preis günstiger und die Schulung und Implementierung einfacher. Auch bei dieser Variante können hohe Kosten durch Probenverluste eingedämmt werden. Nachteilig kann sein, dass das Angebot auf dem Markt bisher eher gering ist und größere Datensätze schlechter dargestellt werden können. Unbestritten ist allerdings, dass Apps durch das hohe Entwicklungspotential eine vielversprechende Zukunft im Probenmanagement haben.

Fazit

Obwohl das Probemanagement nach strengen Abläufen erfolgen muss, benötigt es Flexibilität hinsichtlich der Bedürfnisse der einzelnen Labore. Inzwischen forschen nicht nur einzelne Unternehmen, sondern auch viele Universitäten an praktischen und effizienten Lösungen im Probemanagement – die Zeiten sind also nicht nur besser geworden, auch die Zukunft sieht vielversprechend aus.

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