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Neben persönlichen Schutzmaßnahmen war es über lange Zeit die Diagnostik, die in der Pandemie die ungebremste Ausbreitung des Covid-19-Virus verhinderte. In dieser Phase erhielt Optima einen Auftrag von Promega, um dort die Produktionskapazitäten für Maxwell-Cartridges innerhalb von zwölf Monaten massiv zu erhöhen. Mikrodosierung und Hochleistung sind zwei zentrale Merkmale der neuen Anlage – für die es bei Promega bereits ein Vorbild gab.
Eine Realisierungszeit von zwölf Monaten ist bei einer komplexen, kundenspezifischen Anlage für Diagnostik absolut „sportlich“ – daran ändert selbst die Tatsache nichts, dass bei Promega bereits ein „Vorbild“ betrieben wurde: Eine OPTIMA Linoline, die nun in ihrer Ausführung nahezu dupliziert werden sollte. In Pandemie-Zeiten wurde damit der zusätzliche Bedarf an Reagenzien möglichst schnell gedeckt.
Unter dem Markennamen Maxwell bietet Promega unterschiedliche Diagnostik-Produkte an. Damit werden biologische Proben sowie beispielsweise Proben zur genetischen Identität oder für Forschungszwecke analysiert. Die Maxwell-Cartridges mit bis zu acht Kavitäten weisen selbst keinen festen Stand auf. Das erfordert Lösungen für das automatisierte Handling. Hohe Anforderungen stellen außerdem extrem kleine Füllmengen, die bis in den Bereich von wenigen Mikrolitern reichen. Zudem enthalten einzelne der zu dosierenden Flüssigkeiten Alkohol, was sich auf die Folienversiegelung auswirken könnte.
Nicht zuletzt wird auf der OPTIMA Linoline eine besondere Test-Flüssigkeit mit Microbeads dosiert. Hier hat eine Dosiereinheit dafür zu sorgen, dass die ursprüngliche Zusammensetzung aus flüssigen und festen Bestandteilen innerhalb des Systems durchgängig homogen bleibt. All diese Anforderungen wurden von Optima in einem ersten Projekt auf Basis einer OPTIMA Linoline 120 realisiert. Die Umsetzung des neuen Projekts war trotz der nahezu baugleichen Version der „Erstausgabe“ zeitlich herausfordernd. Doch zunächst zur Anlagentechnik …
Die korrekte Ausrichtung der asymmetrischen Maxwell-Cartridges ist wichtig; diese müssen mit ihrer Spitze voraus im Transportsystem der Anlage eintreffen. Im Zuführteil der Anlage, nach Vorratsbunker und Sortiertöpfen, werden die Cartridges auf ein zweispuriges Zuführband geleitet. Eine kombinierte Kamera-/Wendeeinheit erkennt die Lage der Cartridges und wendet diese bei Bedarf bei voller Bandgeschwindigkeit, um die gewünschte Ausrichtung zu erzielen.
Im Transportrechen der OPTIMA Linoline angekommen, folgt zunächst eine Ausblaseinheit. An der zweiten Station des Füll- und Verschließprozesses werden die Cartridges vom Kopf gewissermaßen auf die nicht vorhandenen Füße gewendet. In dieser Position sind die Behältnisse nicht mehr standfest, jedoch bereit befüllt zu werden. Für den Weitertransport werden die Cartridges nun mit einem spezifischen Transportsystem mit Rechen seitlich an die Verarbeitungspositionen geführt und dort kurzzeitig fixiert. Speziell für das Verwiegen werden die Cartridges an den Wägezellen über Formatteilen abgesetzt.
Einer von zwei Sortiertöpfen: Hier werden die Cartridges in stehende Position gebracht und auf ein Band geleitet.
Noch auf dem Kopf stehend, werden die Cartridges von unten ausgeblasen.
Exakte Dosiermengen pro Kavität werden in der OPTIMA Linoline mit einer 100%-Inprozesskontrolle erzielt, die direkt auf die Steuerung der integrierten Peristaltikpumpen Einfluss nimmt. Insgesamt sind für eine zweistellige Verarbeitung 16 Peristaltikpumpen und 18 Wägezellen installiert. An erster Position wird das leere Cartridge gewogen. Nach dem ersten Dosieren und dem nachfolgenden Verwiegen steht rechnerisch die Netto-Füllmenge der ersten Kavität fest. Dieses Prozedere wird an den weiteren Füllstellen fortgeführt. Tendenzielle Abweichungen vom Zielgewicht jeder einzelnen Kavität werden von der Steuerung erkannt und, falls erforderlich, unmittelbar gegengesteuert. Das ergibt die sehr hohe Füllgenauigkeit pro Kavität.
Insbesondere die letzte Kavität sticht hervor: Füllmengen bis hinab zu 90 μl werden über Peristaltikpumpen dosiert. Zum Vergleich: Ein Tropfen Blut entspricht ca. 15 bis 20 µl. Hier ist zum einen die Wägetechnologie gefordert, diese niedrigen Gewichte in sehr kurzer Zeit präzise zu messen. Zum anderen müssen die Peristaltikpumpen in der Lage sein, feinste Füllmengenkorrekturen der Tendenzsteuerung umzusetzen.
Das Dosieren der letzten Kavität hält eine weitere Herausforderung bereit. Denn das teure Dosiergut besteht hier aus einer Mischung aus Flüssigkeit und speziellen Microbeads. Es gilt, unbedingt die Homogenität aus festen und flüssigen Anteilen beizubehalten. Diese Herausforderung wurde in enger Zusammenarbeit mit Promega gelöst und dafür eine spezielle Rezirkulationsvorrichtung konstruiert. Die Menge an nicht dosierter Flüssigkeit gelangt über eine Schlauchverbindung aus der Füllnadel zurück in den Tank. In Verbindung mit einer Rührvorrichtung im Produkttank bleibt die ursprüngliche Konsistenz unverändert. Mit diesem Dosiersystem profitiert Promega vom minimierten Produktverlust, auch indem Ausschleusungen vermieden werden, sowie von der gesicherten Produktqualität.
Beim nachfolgenden Verschließen wird eine Folie über die gesamte Cartridge-Länge gespannt, dann präzise gesiegelt. Entscheidend ist, dass alle Ränder jeder Kavität lückenlos verschlossen sind, um ein nachträgliches Vermengen der Flüssigkeiten, beispielsweise beim Transport, zu verhindern. Diese Siegelränder widerstehen auch den alkoholbasierten Flüssigkeiten. Nun erhalten die Cartridges Aufdrucke zunächst seitlich am Kunststoffbehältnis. Zwei Kameras kontrollieren diese Aufdrucke, dann werden die Folien von oben mit weiteren Informationen bedruckt.
Beim zweistelligen Versiegeln ist Präzision gefordert, damit alle Kavitäten rundum gleichmäßig verschlossen sind. Die Qualität der Siegelnähte verhindert zugleich potenzielles Delaminieren durch die zum Teil alkoholhaltigen Diagnostika.
Kameras kontrollieren die an den Cartridges vertikal aufgebrachten Aufdrucke.
Jetzt werden die Cartridges in zugeführte Trays gepackt. Im Transportrechen können jedoch Leerstellen vorhanden sein, wenn zuvor bei Inline-Qualitätskontrollen Abweichungen erkannt und Cartridges ausgeschleust wurden. Auch Qualitätsproben, die sich am HMI anfordern lassen, verursachen Lücken. Damit dennoch jedes Tray voll bepackt ist, hat Optima ein weiteres ausgeklügeltes System integriert: ein zum Transportrechen verfahrbares Shuttle. Bei vorhandenen Leerstellen wird dieses Shuttle entsprechend ausgerichtet, sodass nach dem Überschieben von Cartridges hier keine Lücken mehr vorhanden sind. Sobald acht Cartridges nahtlos aufgereiht sind, wird diese Formation von einem Pick-and-Place-Transporteur übernommen und passgenau in ein Tray eingesetzt.
Final werden Stapel mit zehn Trays gebildet. Über zweispurige Bänder verlassen die Trays die vollautomatisierte Verarbeitung der OPTIMA Linoline. Mit der Linie werden bis zu 3.600 Cartridges in der Stunde verarbeitet. Die Anlage ist ab der Ausblaseinheit bis zu den Auslaufbändern mit einem Laminar Flow ausgestattet. Neben dem gezielten Führen des Luftstroms über die Behältnisse entsteht damit zugleich ein leichter Überdruck in der Anlage, was Partikel aus dem Inneren fernhält. Aktuell ist die OPTIMA Linoline auf drei Formate ausgelegt. Die geplante Projektdauer von zwölf Monaten, einschließlich der Installation am Promega-Standort bei Madison (Wisconsin), wurde exakt eingehalten – ein weiteres Ergebnis der erfolgreichen Kooperation beider Unternehmen.
Im großen Traymagazin ist Platz für unterschiedliche Trayformate.
Promega verarbeitet aktuell drei Formate der Maxwell-Serie auf der OPTIMA Linoline.
Für Promega handelt es sich um effektive Anlagen mit hohem Durchsatz.
„Wegen der Pandemie benötigten wir schnell eine zusätzliche Linie für die Maxwell Cartridges“, erläutert die Projektmanagerin bei Promega Sarah Melsen den Hintergrund dieses dritten gemeinsamen Projekts. „Für eine Kopie unserer ersten Linie dieses Typs sicherte uns Optima eine Lieferzeit von zwölf Monaten zu. Auf Basis der bewährten Partnerschaft beider Unternehmen entschieden wir, den Auftrag ohne eine Ausschreibung (‚Request for Proposal‘ – RFP) direkt an Optima zu vergeben.“
Rückblickend auf die Vorgänger berichtet die Projektmanagerin: „Die erste Linie für Cartridges hat mit hoher Detailtiefe überzeugt und sich als qualitativ hochwertig und gründlich geprüft erwiesen. Die Präzision über den gesamten Prozess, vom Dosieren bis zum Folienversiegeln, ist sehr hoch. Im Laufe der beiden Projekte lernten die Teams beider Unternehmen, wie die Unterschiede der Länder, Kulturen und Sprachen überbrückt werden können, was zur pünktlichen Lieferung der neuen Linie beitrug. Für das neue Projekt konnten beide Unternehmen ihre Teams beibehalten, was einen nahtlosen Prozess und die beschleunigte Lieferung ergab.“
In Hinblick auf den Betrieb der OPTIMA Linoline 120 nennt Sarah Melsen als Vorteile „die hohe Leistung und die Möglichkeit, über Formatteile viele unterschiedliche Behältnisse und Formate fahren zu können. Mit dem Maschinenlayout haben sowohl die Service-Mitarbeiter als auch die Maschinenbediener sehr guten Zugang zu den verschiedenen Funktionseinheiten. Zudem führen wir Inprozesskontrollen (IPC) auf einem sehr exakten Level auch bei extrem kleinen Füllvolumina durch. Mit dem Nutzer-Interface, das zahlreiche Menüebenen hat, haben wir eine gute Kontrolle über alle Funktionseinheiten und Informationen über jede Aktivität.“
Nach nun insgesamt drei installierten Anlagen von Optima, steht für die Projektmanagerin fest, „dass Optima in all ihren Disziplinen sehr kompetent ist und zu vielen Fragestellungen und Themen zahlreiche kreative Lösungen entwickelt hat. Für Promega handelt es sich um effektive Anlagen mit hohem Durchsatz.“
