Das intelligente Labor der Zukunft - Deutsche Messe...

smartLAB

Das intelligente Labor der Zukunft

World of Lab Technology smartLAB-Showroom-Präsentation 2015

smartLAB

The Intelligent Lab of the Future

World of Lab Technology smartLAB-Showroom-Presentation 2015

Inhaltsverzeichnis • Kurzvorstellung smartLAB 3 • Im smartLAB präsentierte Innovationen:

• Modulare Labormöbel: 4 • Ballroom-Konzept 5 • Handlingzone 6 • Berührungsfreies Arbeiten 7 • Bar- und QR-Codescanner 8 • Integrierte Oberflächen:

• Robotikunterstützung 9 • Sensormodul 10 • Rührermodul 11 • Waagenmodul 12 • Reinstwassermodul 13

• Digitale Vernetzung: 14 • Übersicht 15 • Labfolder 16 • Com-Box 17 • Gerätetreiber 18 • LabGlasses 19

• Moderne Laborgeräte 20 • Thermocycler 21 • Mischer 22 • Photometer 23 • Zentrifuge 24 • Bioreaktor 25 • 3D-Drucker 26-27 • Innovative Chemikalien-Kits 28-29

• smartLAB-Partner 30


Content • Presentation of smartLAB 3 • Displayed innovations in the smartLAB:

• Modular lab furniture: 4 • Ballroom concept 5 • Handling zone 6 • Contactless working 7 • Bar- und QR-Code scanner 8 • Integrated surfaces:

• Robotic assistance 9 • Sensor module 10 • Stirring module 11 • Weighing module 12 • Ultrapure water module 13

• Digital Network: 14 • Overview 15 • Labfolder 16 • Com-Box 17 • Device driver 18 • LabGlasses 19

• Modern lab instruments: 20 • Thermocycler 21 • Thermomixer 22 • Photometer 23 • Centrifuges 24 • Bioreactor 25 • 3D-printer 26-27 • Innovative Chemical Kits 28-29

• smartLAB-Partner 30


Das Projekt smartLAB – das intelligente Labor der Zukunft ist ein Vorhaben mit dem Ziel, eine realistische Vision für das Labor von morgen zu entwickeln. Ein Jahr haben Wissen-schaftler und Unternehmen ihre Kräfte gebündelt, um anhand eines funktionsfähigen Zukunftslabors zu zeigen, welche Chancen sich dank Automatisierung, Informationstechnologie, Mensch-Maschine-Interaktion und dem Lernen aus Big Data für die Laborumgebung eröffnen. Zentrale Elemente der Präsentation werden neben einer flexiblen Labormöblierung und der Integration von Hard- und Software auch der Einsatz von Robotik oder das Thema Wearables sein. Das smartLAB zeigt auf der LABVOLUTION regelmäßige Live-Shows mit use cases, d.h. einfachen Laborabläufen, die in der zukunftsweisenden Umgebung des smartLAB-Showrooms mit Unterstützung der realisierten Innovationen vorgeführt werden. Die Anwendungsbeispiele sind eine Medienpräparation ein spektroskopischer Assay, 3-D-Druck sowie eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR).

smartLAB

3


The project smartLAB – the intelligent laboratory of the future is a project aiming to develop a realistic vision for the lab infrastructure of tomorrow. For one year scientists and companies have bundled their forces to present in a fully functional lab environment the chances of adapting modern information technologies, digital networks, automation and Big Data. Central elements of the concept are a flexible laboratory furniture system, the integration of hard- and software as well as robotics and wearables. The smartLAB, displayed for the first time at LABVOLUTION 2015, presents typical laboratory use cases in live shows twice a day, which are performed in the visionary environment of the smartLAB-showroom with the support of all the innovations realized within. The use cases are media preparation, spectrophotometric assay, 3D-printing and polymerase chain reaction (PCR).

smartLAB

3


Modulare Labormöbel

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Modular Lab Furniture

4


Modulares Labormöbelsystem

Ballroom-Konzept: Modulare Labormöbel

Basis-Wabenmodule mit HPL-Arbeitsfläche und Korpus aus Stahl, rollbar

Klick-joint: Verknüpfung durch Magnetkontakte

Modularität ermöglicht flexiblen Aufbau im Labor

Modulare Wabenstruktur erlaubt einfache Modifikation

5


Modular laboratory furniture system

Ballroom concept: Modular lab furniture

Basic honeycomb module with HPL worktop and steel corpus, moveable

Click-joint: Connection through magnetic contact

Modularity enables flexible setup of lab infrastructure

Modular honeycomb structure supports easy modification

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Wabenmodul: Handlingzone

Vorderste Waben im direkten Arbeitsbereich

(Handlingzone)

HPL-Oberfläche mit schmutzabweisender Folien-

beschichtung

Mikrostrukturierung der Folienoberfläche führt zu

Lotusblüteneffekt

Erste Versuche mit dem Laserzentrum Hannover e.V.

zur Oberflächenstrukturierung von HPL mit Laser-

technologie

Selbstreinigende Oberfläche - Lotusblüteneffekt

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Honeycomb module: Handling zone

Self cleaning surface- lotus flower effect

Handling zone situated directly in front of lab personnel

HPL-surface coated with dirt-repellent lamination

Micro structuring of lamination surface causes lotus

effect

First experiments with the Lasercenter Hannover e.V.

were carried out to directly structure the surface of HPL

with laser technology

6


Bewegungsmelder – berührungsfrei öffnender

Mülleimer

Wabenmodul: Berührungsfreies Arbeiten

Basis-Wabenmodule mit Berührungssensor ausgestattet

Entsorgungsbehälter in Stahlblechkorpus integriert

Berührungssensor öffnet Zugangsklappe

Funktionalität ermöglicht Entsorgen ohne Berühren bzw. Ausziehen der Laborhandschuhe

7


Motion sensor – touchless opening waste bin

Honeycomb module: Contactless working

Basic honeycomb module with integrated motion sensor

Refuse bin integrated in honeycomb module

Motion sensor opens access panel to refuse bin

Function enables waste disposal without touching and

removing protective gloves

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QR-Code-Scanner

Wabenmodul: QR- und Barcodescanner

Basis-Wabenmodul mit Webcam mit Quarzglas-

abdeckung

Integration im persönlichen Trolley

Scanner-App ermöglicht Erfassung von Bar- und QR-Codes

Gelabelte Verbrauchsmittel (Chemikalien, Laborgeräte) können direkt im Lager geloggt werden

Umfassende Erleichterung der Materialerfassung für Versuchsdokumentation

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QR-Code-Scanner

Honeycomb module: QR- and Barcode scanner

Basic honeycomb module with integrated webcam and

quartzglass cover

Integration in personal trolley

Scanner-App enables scanning of QR- and Bar-Codes

Tagged consumables and materials (chemicals,

instruments) can be logged directly in the storage facilities

Ease of material registration for experimental documentation

8


Basis-Wabenmodul mit TX60 Reinraumroboter ausgestattet

Neue Generation von Robotiersystemen erlaubt die Mensch-Maschine-Interaktion

Unterstützung definierter Arbeitsschritte durch Robotik

Erleichterte Durchführung wiederkehrender Arbeitsabläufe

Exaktes Anfahren definierter Positionen, einfache und flexible Anpassung der Aktionen

Wabenfixierung gegen Verschieben durch Verankerung, Auslagerung umfangreicher Steuerelektronik

Wabenmodul: Robotikunterstützung

TX60


Honeycomb module equipped with TX60 cleanroom robot

New generation of robot systems allowing Man and Machine interaction.

Robotic assistance for predefined production steps

Easily repeated production workflows

Precise movements to predefined positions, easy and flexible set-up and operation adjustment

Floor fixing of honeycomb module protects against position displacement, and provides separation of robot arm and controller

Honeycomb module: Robotic assistance

TX60


SFR vario

Wabenmodul: Optisches Sensormodul

SFR vario ermöglicht Messung von Sauerstoff, pH und Biomasse ohne Probennahme

Basis-Wabenmodul mit SFR vario Auslese-Optik und Glaskeramik-Oberfläche ausgestattet

Integration in den vorhandenen Arbeitsplatz

Biomasse kann in sämtlichen Schüttelkolben ausgelesen werden, pH und Sauerstoffmessung in speziellen Kolben mit integrierten Sensoren

Sensorsteuerung und Datenerfassung über labfolder

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SFR vario

Honeycomb module: Optical sensor module

SFR vario enables sampling-free measurement of oxygen, pH, and biomass

Basic honeycomb module with SFR vario reader optics and glass ceramic surface

Integration in existing working environment

Biomass can be detected in any shake flask, pH and oxygen measurement requires special flasks with integrated sensors

Module controlling and data acquisition via labfolder

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Magnetrührer D6010

Basis-Wabenmodul mit Magnetrührer und Glaskeramikoberfläche ausgestattet

Integration in Oberfläche im direkten Arbeitsbereich

Magnetrührer ermöglicht gerührte Versuchsansätze

Rührersteuerung und Datenerfassung über labfolder

Wabenmodul: Rührermodul

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Magnetic stirrer D6010

Honeycomb module: Stirring module

Basic honeycomb module with integrated magnetic

stirrer and glass ceramic surface

Integration in surface in direct vicinity to the operator

Magentic stirrer enables stirring of experimental set ups

Control and data logging via labfolder

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Basis- Wabenmodul ausgestattet mit Cubis® MSA Laborwaage und Glaskeramikoberfläche

Direkte Integration in die Oberfläche des Arbeitsbereiches

Das integrierte Wägemodul ermöglicht eine schnelle und einfache Gewichtsbestimmung

Das Glaskeramikfeld ist direkt auf der Waagschale gelagert, sodass ein einfaches Aufstellen der Probe ermöglicht wird

Einbindung der Cubis® MSA in den Prozessablauf durch Anpassung an individuelle Arbeitsabläufe

Steuerung des Laborprozesses über labfolder Software

Waagenmodul

Cubis® MSA

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Basic hexagonal display unit with the Cubis® MSA lab balance and featuring a glass ceramic surface

Designed to be directly integrated into the surface of your work area

The built-in weighing module enables fast and simple weight measurement

The ceramic glass panel rests directly on the weighing pan for easy positioning of a sample

Integration of Cubis® MSA into process flow due to adaption of individual workflows

The balance is controlled by the labfolder software

Cubis® MSA Weighing Module

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Basis-Wabenmodul ausgestattet mit arium® pro Reinstwasseranlage perfekte Integration in jedes Labor

Bediendisplay mit Entnahmefunktion flexible Wasserentnahme mit einem Arbeitsradius bis zu 2,5 m

Intuitive Menüführung Direktzugriff über Favoriten-funktion für wiederkehrende Volumina

Vielseitig einsetzbare Systeme speziell für Ihre täglichen Anwendungen

Steuerung des Laborprozesses über labfolder Software

arium® pro Reinstwassermodul

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Basic hexagonal display unit with arium® pro ultrapure water system Perfect integration into any laboratory

Operating display with dispense function Flexible water dispense with a working radius up to 2,5 m

Intuitive menu navigation Direct access with favorites function for recurring volumes

Versatile systems specifically for your daily applications

The system is controlled by the labfolder software

arium ® pro Ultrapure Water Module

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Digitale Vernetzung

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Digital Network

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Digitales Laborjournal REST JSON-RPC

REST

SiLA XML-RPC

REST JSON-RPC

Mastercycler nexus® gradient

TX60

cubis ® MSA

SFR vario arium ® pro ThermoMixer® C BioSpectrometer® Centrifuge 5430/5430R

Magnetrührer D6010

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Com-Box


https://www.eppendorf.com/DE-de/




Digital Lab journal

SFR vario arium ® pro ThermoMixer® C BioSpectrometer® Centrifuge 5430/5430R

Magnetic stirrer D6010

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REST JSON-RPC

REST

SiLA XML-RPC

REST JSON-RPC

Mastercycler nexus® gradient

TX60

cubis ® MSA

Com-Box






labfolder dient als Laborinformationsmanagement- system labfolder verwaltet und strukturiert alle Abläufe im

Labor

labfolder kommuniziert mit allen Laborgeräten (Aktionsbefehle, Datenübernahme) labfolder speichert alle prozessrelevanten Daten

labfolder macht Labore effizienter und spart Zeit und

Geld

Digitales Labor: labfolder

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• labfolder is a flexible Laboratory Information Management System

• labfolder organizes, manages and structures all lab

procedures

• labfolder communicates with every device in the lab (e.g. commands & data transfers).

• labfolder archives and all relevant data and makes it

easily available • labfolder makes labs more efficient and effective.

Digital Laboratory: labfolder

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Com-Box

Com-Box ist ein Minirechner (Basis Raspberry Pi)

Com-Box vereinheitlicht unterschiedliche Kommuni-

kationsprotokolle

Com-Box ermöglicht die Einbindung alter Bestands-

geräte unabhängig vom Kommunikationsprotokoll

Com-Box „übersetzt“ sämtliche Kommunikation zwischen

Geräten, wearables und labfolder und agiert dabei als

Gateway

Digitales Labor: Com-Box

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Com-Box

Digital Laboratory: Com-Box

Com-Box consists of a mini computer (Raspberry Pi)

Com-Box unifies different communication protocols

Com-Box enables the integration even of old inventory,

independent of the communication protocol

Com-Box „translates“ all communication between

instruments, wearables and labfolder, it acts as a

gateway

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Digitales Labor: SiLA-Gerätetreiber

SiLA-Standard-Kommunikations-Schnittstellen für Laborgeräte ermöglichen die schnelle Integration von Laborgeräten

Geräte und Steuersoftware sind so ohne zusätzlichen Aufwand austauschbar

Dadurch werden flexible Aufbauten möglich und temporäre Aufbauten lohnen sich.

SiLA-Treiber können mit dem Fraunhofer IPA DriverDevelopmentKit (DDK) schnell und einfach erstellt werden.


Digital Laboratory: SiLA Device Drivers

SiLA Standard Communication Interfaces for Lab Devices enable rapid integration.

Devices and Process Management Software can be exchanged without further effort.

This renders flexible automation possible and temporary integration worthwhile.

SiLA Drivers can be implemented ultra-fast and without SiLA knowledge using the Fraunhofer IPA DriverDevelopmentKit (DDK).


LabGlasses sind digital unterstützte Laborschutzbrillen

LabGlasses präsentieren Daten aus Labfolder im Sichtfeld und können genutzt werden für:

• z.B. Einblendung von Sicherheitshinweisen

• Einblendung der Arbeitsschritte für die angeleitete Durchführung

von SOPs

• die Videodokumentation gemäß GMP/GLP für die

Schulung/Ausbildung von Mitarbeitern

• für die Geräteinteraktion

LabGlasses können durch Sprach- oder Gestensteuerung berührungsfrei bedient werden

Das digitale Labor: LabGlasses

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LabGlasses are digitally supported goggles for laborytories

LabGlasses present data from Labfolder in the user‘s field of view and can be used for:

• Insertion of safety instructions

• Insertion of process steps for instructured implementation of SOPs

• Video-based documentation according to GMP/GLP for

training/education of employees

• Interatction with laboratory euipment

LabGlasses can be controlled contact-free by speech or gesture control

The digital laboratory: LabGlasses

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Moderne Laborgeräte

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Modern Lab Instruments

20


Intuitive grafische Programmierung

Universalblock für maximale Flexibilität

An das Gerät können bis zu zwei Mastercycler nexus eco angeschlossen werden

Das flexlid®-Konzept ermöglicht durch automatische Höhenverstellung des Deckels die Verwendung von Verbrauchsartikeln jeder Art

Mit Gradient erhältlich

Moderne Laborgeräte: Thermocycler

Eppendorf Mastercycler® nexus gradient

www.eppendorf.com

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Modern lab instruments: Thermocycler

Eppendorf Mastercycler® nexus gradient

available with gradient function

intuitive graphic programming

connect up to 2 Mastercycler nexus eco to your existing unit

flexlid® concept allows use of all types of consumables with automatic height adjustment of the lid

universal block for ultimate flexibility

www.eppendorf.com

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Heizen, Mischen und Kühlen in allen gängigen Gefäß- und Plattenformaten im Volumenbereich von 5 µL bis 50 mL

Herausragende Mischergebnisse dank 2DMix-Control Technologie

Zuverlässige Vermeidung von Kondensatbildung bei Verwendung des neuen Eppendorf ThermoTop

Höchste Flexibilität dank der großen Auswahl an austauschbaren Eppendorf SmartBlocks

Moderne Laborgeräte: Mischer

Eppendorf ThermoMixer® C

www.eppendorf.com

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Modern lab instruments: Mixing

Eppendorf ThermoMixer® C

heating, mixing and cooling in all common vessel and plate formats from 5 µL to 50 mL

excellent mixing performance due to 2DMix-Control technology

reliable prevention of condensate formation with the Eppendorf ThermoTop

maximum flexibility due to large selection of exchangeable SmartBlocks

www.eppendorf.com

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Intuitive Bedienführung

Wellenlängenbereich von 200 – 830 nm

Vorprogrammierte und frei programmierbare Methoden

Kinetik und Fluoreszenz Version erhältlich

Geeignet für Microvolumen-Messungen

Moderne Laborgeräte: Photometer

Eppendorf BioSpectrometer®

www.eppendorf.com

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Modern lab instruments: Photometers

Eppendorf BioSpectrometer®

Intuitive software

wavelength range form 200 – 830 nm

pre-programmed methods and freely programmable parameters

kinetic and fluorescence version available

suitable for microvolume measurements

www.eppendorf.com

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Als Folientastatur- oder Drehknopf-Variante erhältlich

Ergonomische Bedienung des Deckels mit nur einem Finger

Außergewöhnliche Vielseitigkeit mit 12 verschiedenen Rotoren

Speichert bis zu 50 benutzerdefinierte Einstellungen

Automatische Unwuchterkennung

Moderne Laborgeräte: Zentrifugen

Eppendorf Centrifuges 5430/5430 R

www.eppendorf.com

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Modern lab instruments: Centrifuges

Eppendorf Centrifuges 5430/5430 R

available as keypad or knob variant

microcentrifuge with multipurpose capabilities

remarkable versatility with 12 different rotors

one-finger lid closure for ergonomic operation

saves up to 50 user-defined programs

automatic imbalance detection

www.eppendorf.com

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BIOSTAT® A Stand-Alone-Lösung: Der professionelle Einstieg in Zellkultur und mikrobielle Fermentation

Konzipiert für jede Art von Benutzer

Einfaches und automatisches Begasungssystem

Intuitive Bedienung

Integriertes Kühlsystem ermöglicht Fermentation in jedem Labor

Neue Technologien

Neuartige kontinuierliche Begasung

Intelligente Sonden

Bedienung per Tablet und Smartphone

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Stand-Alone Solution: The professional start in cell cultivation and microbial fermentation

BIOSTAT® A

Designed for all kinds of users

Simple and automatic aeration control

Easy operation and intuitive control

Circulated cooling system allows fermentation in any lab

Novel technologies

Novel continuous aeration control

Intelligent probes

Operation via tablet and smartphone

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3D-Drucker ermöglichen den schnellen Druck komplexer

Bauteile und Prototypen in 3D (Rapid Prototyping)

Individuelle Anpassung von Versuchsmaterialien wird

ermöglicht (z.B. Schüttelkolbendeckel, wellplates, etc.)

Neue biokompatible Materialien (z.B. PLA)

ermöglichen den Einsatz auch in der Biotechnologie

Langfristig könnte die Fertigung von Versuchsmaterialien

(z.B. vials, tips, wellplates) über Nacht on-demand sein

Moderne Laborgeräte: 3D-Drucker

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Modern lab instruments: 3D-printer

3D-printer enable fast printing of complex assemblies

and prototypes in 3D (Rapid Prototyping)

Individual modification of consumables becomes possible

(e.g. shake flask lids, wellplates, etc.)

New biocompatible materials (e.g. PLA) enable adaption

for biotechnological processing

Long-term objective could be production of consumables

(e.g. vials, tips, wellplates) on-demand and over night

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Additive Fertigung ermöglicht die zeitnahe und wirtschaftliche Umsetzung individueller, geometrisch komplexer Bauteile und Werkzeuge

Verfahrensabhängig sind verschiedene Materialien nutzbar (Metall bis Kunststoff, auch inert und biokompatibel)

Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM): Metallpulver wird zur Erzeugung verlässlicher, dichter und stabiler Bauteile vollständig aufgeschmolzen

Mittels additiver Fertigung sind somit individuelle und innovative Bauteile für das Labor von morgen innerhalb kürzester Zeit verfügbar

Individuelle Laborwerkzeuge: 3D-Druck von Metallen

3D-Modell eines Rührers

SLM-gefertigte Rührer

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Additive manufacturing enables a contemporary and cost-effective implementation of individual, geometrically complex parts and tools

Depending on the procedure different materials can be used (metal to plastic, also inert and biocompatible materials)

Selective laser melting (SLM): metal powder is completely melted to produce reliable, dense and stable components

Using additive manufacturing, individual and innovative components for the laboratory of tomorrow are available within the shortest time

Individual laboratory tools: 3D-printing of metals

3D impeller model

SLM-manufactured impellers

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Definierte Zellkulturmedien bestehen im wesentlichen aus vier verschiedenen chemischen Gruppen: Aminosäuren, Zuckern, anorganischen Salzen und Vitaminen.

MEM (Eagle‘s Medium) – Standard Medium Modifiziertes Eagle’s Basal (BME) Medium, geeignet für eine Reihe von Säugetierzellen bei Supplementierung mit Serum.

Cellvento™ CHO media platform Medien und Feeds für Chinese Hamster Ovarian (CHO) Säugetierzellen. Hergestellt aus nicht-tierischen Komponenten für serum-freie Prozesse.

Innovative Chemikalien-Kits: Chemisch Definierte Flüssigmedien


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Defined cell culture media generally consist of four basic chemical groups: amino acids, carbohydrates, inorganic salts, and vitamins.

MEM (Eagle‘s Medium) – Standard medium Modification of Eagle’s Basal (BME) medium, well suited for a wide range of mammalian cells when used with a serum supplement.

Cellvento™ CHO media platform Media and feeds for mammalian cell culture in CHO (Chinese Hamster Ovarian) cells. All made of non-animal origin components for serum free processes.

Innovative Chemical Kits: Chemically Defined Liquid Media


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Spectroquant® Küvetten-Tests: Küvetten mit vordosierten

Reagenzien bieten einfachste Handhabbarkeit Reagenzien-Tests: die ökonomische Alternative

auch für sehr niedrige Messbereiche (bis in den ppb Bereich) Instrumente: große Auswahl von Geräten,

von tragbaren Kolorimetern bis hin zu Filter-Photometern und Spektrophotometern

Innovative Chemikalien-Kits: Photometrische Testkits und Instrumente von Merck Millipore


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Spectroquant® Cell tests: most convenient test kits

cells are pre-filled with reagents Reagent tests: the economic

alternatives also for sensitive analysis down to the ppb level Instruments: wide range from

pocket colorimeters to filter-photometers to spectrophotometers

Innovative Chemical Kits: Photometric test kits and instruments from Merck Millipore


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Projektpartner

30


Project partners

30


Gefördert durch das

31



Funded by

31



Impressum

Institut für Technische Chemie

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Callinstraße 5

30167 Hannover

Tel: +49 511 762-2868

Fax: +49 511 762-3004

Email: [email protected]

www.tci.uni-hannover.de

Gestaltet von Martina Weiss, Sascha Beutel und Christian Endres

mit Unterstützung aller smartLAB coregroup Partner.

Diese Broschüre wurde sorgfältig produziert. Nichtsdestotrotz übernehmen wir keine Garantie,

dass alle Inhalte fehlerfrei dargestellt wurden.

Alle Rechte geschützt.

© Institut für Technische Chemie, Leibniz Universität Hannover 2015


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Edited by Martina Weiss, Sascha Beutel and Christian Endres

with the assistance of all smartLAB coregroup partners.

This booklet was carefully produced. Nevertheless we do not warrant

the information contained to be free of errors.

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