Der Schlüssel zur Laborautomatisierung

Zuletz bearbeitet:

March 15, 2025

Die Zukunft der Laborautomatisierung beginnt jetzt

Laborautomatisierung ist kein Zukunftstraum mehr – sie verändert bereits heute die Art und Weise, wie Labore arbeiten. Während vollständig autonome „Dark Laboratories“, angelehnt an das Konzept der Dark Factory, noch in der Entwicklung sind, gibt es bereits zahlreiche technologische Fortschritte, die Labore effizienter, kostengünstiger und produktiver machen. Einige dieser Lösungen sind längst über den Prototypenstatus hinaus und in modernen Laboren erfolgreich im Einsatz.

Doch was bedeutet Laborautomatisierung konkret? Im Kern geht es darum, repetitive und fehleranfällige Prozesse durch smarte Technologie zu ersetzen – von Pipettierrobotern bis hin zu hochkomplexen Analysesystemen, die eigenständig Proben verarbeiten und Messergebnisse auswerten können. KI im Labor erweitert diese Möglichkeiten zusätzlich: Sie ermöglicht nicht nur die Automatisierung, sondern auch intelligente Entscheidungsfindung auf Basis von Daten.

Dieser Artikel ist der erste Teil einer Serie zur Laborautomatisierung und konzentriert sich auf die Rolle der Hardware. Wir zeigen, welche Geräte bereits heute Prozesse optimieren, wie sie zur Steigerung der Effizienz und Genauigkeit beitragen und welche Technologien sich in Zukunft durchsetzen werden.

Doch Laborautomatisierung ist mehr als nur Technik – sie erfordert eine durchdachte Strategie. In den folgenden Abschnitten beleuchten wir nicht nur bestehende Automatisierungsmöglichkeiten, sondern auch zwei Strategien zur erfolgreichen Implementierung: die schrittweise Automatisierung und die vollständige Automatisierung von Anfang an.

Laborautomatisierung heute: Welche Technologien bereits im Einsatz sind

Schon heute bieten automatisierte Laborgeräte enorme Chancen, um Arbeitsprozesse effizienter zu gestalten und Routineaufgaben zu optimieren. In vielen Bereichen sind automatisierte Systeme bereits etabliert und tragen dazu bei, die Genauigkeit zu verbessern, den Arbeitsaufwand zu reduzieren und die Laborkapazitäten besser zu nutzen. Daher sollten Laborautomatisierung und moderne Technologien in jedem Labor, das auf langfristige Effizienz setzt, berücksichtigt werden.

Die Auswahl der richtigen Hardware ist dabei ein entscheidender Faktor. Analysegeräte, Pipettierroboter und vollautomatische Probenvorbereitungssysteme übernehmen bereits heute viele Arbeitsschritte und ermöglichen eine nahtlose Prozessoptimierung im Labor. Neben der reinen Funktionalität sind auch Benutzerfreundlichkeit, Wartungsfreundlichkeit und die Integrationsfähigkeit in bestehende Systeme entscheidend, um das volle Potenzial dieser Technologien auszuschöpfen.

Die folgenden Automatisierungsmöglichkeiten sind bereits heute fester Bestandteil vieler Labore und zeigen, was in der Laborautomatisierung schon möglich ist:

Liquidhandling - und Probenvorbereitungsroboter: Diese Geräte sind darauf spezialisiert, das genaue und wiederholbare Pipettieren sowie komplette Schritte der Probenvorbereitung zu automatisieren. Ein führendes Unternehmen in der Automatisierung kompletter Laborarbeitsplätze ist die Firma Axel-Semrau GmbH (by Trajan) aus Sprockhövel. Axel Semrau hat sich darauf spezialisiert, gesamte analytische Aufgabenstellungen, die oft Routineanalysen wie z.B. FAME, MOSH MOAH, PAK oder Glyphosat umfassen, vollautomatisch durchzuführen. Der Einsatz solcher Systeme ermöglicht es Laboren, erhebliche Kapazitäten einzusparen und die Effizienz signifikant zu steigern.

Automatisierte Analysesysteme: HPLC (MS) und GC (MS) Geräte stellen den Goldstandard in vielen Laboren dar und sind mit zahlreichen smarten Features ausgestattet, die die Analytik teilweise automatisieren. Einige dieser HPLC-Modelle bieten beispielsweise die Möglichkeit, Derivatisierungsschritte oder Standardverdünnungen direkt im Autosampler durchzuführen. Diese Funktionen erlauben es, komplexe Analysen automatisch auszuführen, wodurch nicht nur die Zeit für die Datenerhebung erheblich reduziert wird, sondern auch die Arbeitskraft effizienter genutzt werden kann. Diese Automatisierung trägt erheblich zur Steigerung der Genauigkeit der Ergebnisse bei und führt zu einer signifikanten Einsparung von Zeit und Arbeitsaufwand. Typische Hersteller hochwerttiger HPLC Modelle sind u.a. die Shimadzu Corporation , Agilent Technologies und Thermo Fisher

Dissolution-Tester in der Pharmaforschung und Qualitätskontrolle: In der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung sowie in der Qualitätskontrolle sind automatische Freisetzungsgeräte entscheidend, um die Effizienz zu steigern und Arbeitsprozesse zu optimieren. Diese Geräte, die oft direkt mit einer HPLC (High-Performance Liquid Chromatography) oder einem UV-Spektrometer gekoppelt sind, automatisieren die Analyse der Wirkstofffreisetzung aus pharmazeutischen Formulierungen. Diese direkte Kopplung eliminiert den Bedarf an manueller Probenvorbereitung durch Labortechniker, was einen signifikanten Zeitgewinn bedeutet. Jeder Schritt, der manuelles Abpipettieren in einzelne Gefäße erfordert hätte, wird automatisiert, wodurch wertvolle Arbeitszeit gespart und der Analyseprozess beschleunigt wird. Führende Hersteller wie Sotax, bieten hochmoderne Lösungen, die darauf ausgerichtet sind, nicht nur die Genauigkeit der Tests zu verbessern, sondern auch die Gesamtdurchlaufzeit in der Probenvorbereitung und -analyse erheblich zu reduzieren. Diese Systeme sind unerlässlich für die effiziente Durchführung von Routineanalysen und stellen sicher, dass die Qualitätskontrolle unter Einhaltung der regulatorischen Standards effizient abläuft.

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Neben häufig verwendeter und standardisierter Hardware zeichnen sich zunehmend Trends zur Komplettautomatisierung ab. Zu diesen Entwicklungen gehören:

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Robotik und automatisierte Probentransportsysteme: Robotik und automatisierte Probentransportsysteme gewinnen in modernen Laboren zunehmend an Bedeutung. Diese Technologien, die für die Handhabung und den Transport von Proben zwischen verschiedenen Analysestationen eingesetzt werden, sind in den Laboren der Zukunft nicht mehr wegzudenken. Sie automatisieren kritische Prozesse, reduzieren die Notwendigkeit manueller Eingriffe und verkürzen die Durchlaufzeiten, wodurch sie zur Steigerung der Effizienz und Genauigkeit beitragen und gleichzeitig die Fehleranfälligkeit minimieren. Fairerweise muss hier erwähnt werden, das es sich bei solchen umfangreichen automatisierungsvorhaben meistens immer um Individualanfertigungen handelt.

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Kleiner Ausblick in die Zukunft: In spezifischen analytischen Bereichen, spielen umfangreiche Probenvorbereitungssysteme eine entscheidende Rolle. Diese hochentwickelten Systeme führen nicht nur Standardaufgaben wie das Pipettieren aus, sondern integrieren auch Funktionen zum Zentrifugieren und Derivatisieren. Durch die Automatisierung und Optimierung des Probenvorbereitungsprozesses tragen sie signifikant zur Steigerung der Effizienz und Genauigkeit der nachfolgenden Analysen bei. Obwohl diese Systeme aufgrund ihrer Komplexität nicht so einfach wie eine HPLC integriert werden können, beginnen sie dennoch, sich am Markt durchzusetzen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass solche Systeme in der Zukunft einen Großteil der Routinearbeiten im Labor übernehmen werden, da sie menschliche Arbeitskraft in vielen Bereichen ersetzen können.

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Laborautomatisierung: Herausforderungen meistern, Vorteile nutzen

Die Automatisierung eines Labors ist ein komplexes Vorhaben, das mit erheblichen Vorbereitungen, hohen Kosten und technischer Umstellung verbunden ist. Zudem erfordert sie oft eine Neustrukturierung der Arbeitsabläufe, was für das Laborpersonal eine große Umgewöhnung bedeutet. Aus diesen Gründen zögern viele Labore, Automatisierungsprojekte umzusetzen, obwohl die langfristigen Vorteile enorm sein können.

In diesem Abschnitt beleuchten wir die zentralen Vorteile der Laborautomatisierung und zeigen, welchen konkreten Nutzen automatisierte Systeme für Effizienz, Genauigkeit und Ressourcenoptimierung bieten. Zudem stellen wir zwei strategische Ansätze vor, mit denen sich Labore zielgerichtet und effizient automatisieren lassen, ohne den Betrieb unnötig zu stören oder Ressourcen zu verschwenden.

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Nutzen Sie das volle Potenzial Ihrer Laborgeräte!

Viele Labore schöpfen die Automatisierungsmöglichkeiten ihres bestehenden Equipment-Parks nicht aus. Moderne HPLC-Autosampler verfügen oft bereits über leistungsstarke Funktionen wie automatische Verdünnungen, Co-Injektion und integrierte Derivatisierungsschritte. Lassen Sie sich von Ihrem Hersteller beraten, welche Automatisierungsoptionen Ihre aktuellen Geräte bereits bieten – oft sind Optimierungen möglich, ohne neue Investitionen tätigen zu müssen.

Die wichtigsten Vorteile der Laborautomatisierung

Die Automatisierung im Labor bringt viele Vorteile mit sich, die den Arbeitsalltag erheblich erleichtern. Auch wenn die Umstellung anfangs mit Aufwand verbunden ist, lohnt sich die Investition langfristig – sowohl finanziell als auch in Bezug auf Effizienz und Qualität. Wer Prozesse clever automatisiert, spart nicht nur Zeit und Ressourcen, sondern verbessert auch die Genauigkeit und Sicherheit im Labor.

Hier sind die größten Vorteile im Überblick:

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1️⃣ Mehr Produktivität & Zeitersparnis

Jeder manuelle Arbeitsschritt kostet Zeit – und Zeit ist im Labor eine der wertvollsten Ressourcen. Automatisierung im Labor bedeutet, dass wiederkehrende Aufgaben wie Pipettieren, Probenhandling oder Analysen automatisch ablaufen.

✅ Mitarbeiter entlasten: Statt Routineaufgaben zu erledigen, kann sich das Team auf anspruchsvollere Analysen und Forschung konzentrieren.
✅ Schnellere Abläufe: Hochdurchsatzverfahren lassen sich automatisieren, sodass Proben rund um die Uhr verarbeitet werden können.
✅ Geringere Wartezeiten: Prozesse laufen nahtlos und ohne Verzögerungen ab – Maschinen müssen nicht auf Pausen oder Schichtwechsel warten.

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2️⃣ Höhere Genauigkeit & Reproduzierbarkeit

Manuelle Prozesse bergen immer das Risiko menschlicher Fehler – sei es durch Konzentrationsschwächen, kleine Ungenauigkeiten oder variierende Arbeitsweisen zwischen verschiedenen Mitarbeitern.

✅ Fehlerminimierung: Automatisierte Geräte arbeiten nach exakt definierten Parametern und liefern gleichbleibende Ergebnisse.
✅ Bessere Datenqualität: Messwerte sind konsistenter, was besonders wichtig für Qualitätskontrollen und wissenschaftliche Forschung ist.
✅ Standardisierte Prozesse: Alle Proben werden identisch behandelt, was die Vergleichbarkeit der Ergebnisse sicherstellt.

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3️⃣ Effiziente Ressourcennutzung & Kostenersparnis

Automatisierung hilft, Ressourcen gezielt einzusetzen und unnötige Kosten zu vermeiden.

✅ Weniger Materialverschwendung: Präzisere Dosierungen sorgen dafür, dass Reagenzien optimal genutzt werden.
✅ Reduzierte Personalkosten: Statt repetitive Aufgaben manuell auszuführen, können sich Fachkräfte auf wertschöpfende Tätigkeiten konzentrieren.
✅ Bessere Geräteauslastung: Automatisierte Systeme können auch außerhalb der regulären Arbeitszeiten betrieben werden.

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4️⃣ Mehr Sicherheit für Personal & Proben

Viele Labore arbeiten mit potenziell gefährlichen Chemikalien oder biologischen Proben. Die Laborautomatisierung kann dazu beitragen, das Risiko für Mitarbeiter zu reduzieren.

✅ Weniger Kontakt mit Gefahrstoffen: Automatisierte Systeme übernehmen Arbeiten mit toxischen Substanzen, sodass das Personal weniger exponiert ist.
✅ Reduzierte Kontaminationsgefahr: Maschinen arbeiten unter standardisierten Bedingungen und vermeiden Kreuzkontaminationen.
✅ Sichere Probenlagerung & Transport: Vollautomatisierte Systeme übernehmen den Transport und die Archivierung von Proben.

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5️⃣ Skalierbarkeit & Zukunftssicherheit

Die Anforderungen in Laboren steigen – sei es durch mehr Proben, strengere Vorschriften oder neue Analysemethoden. Automatisierung ermöglicht es, flexibel zu bleiben und sich auf die Zukunft vorzubereiten.

✅ Skalierbar: Wächst das Probenaufkommen, lassen sich automatisierte Systeme problemlos erweitern.
✅ Wettbewerbsvorteil: Labore, die früh auf Automatisierung im Labor setzen, sind langfristig effizienter und wettbewerbsfähiger.

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Herausforderungen der Laborautomatisierung

Die Laborautomatisierung bietet enorme Vorteile, doch sie ist nicht ohne Herausforderungen. Viele Labore zögern mit der Umsetzung, da der Umstieg auf automatisierte Systeme nicht nur eine finanzielle Investition bedeutet, sondern auch tiefgreifende Veränderungen in den Arbeitsabläufen erfordert.

Hier sind einige der größten Herausforderungen, die Labore auf dem Weg zur Automatisierung bewältigen müssen:

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Hohe Anfangsinvestitionen

Die Anschaffung von automatisierten Laborgeräten erfordert oft eine erhebliche Kapitalinvestition. Neben den Gerätekosten müssen auch Schulungen, Wartung und die Integration in bestehende Systeme berücksichtigt werden. Besonders kleinere Labore stehen vor der Frage, wie sie Automatisierung wirtschaftlich sinnvoll umsetzen können, ohne das Budget zu sprengen.

Eine schrittweise Automatisierung kann helfen, Investitionen zu verteilen und Risiken zu minimieren. Statt das gesamte Labor auf einmal umzustellen, lohnt es sich, mit einzelnen, besonders zeitaufwendigen oder fehleranfälligen Prozessen zu beginnen.

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Komplexität der Integration in bestehende Systeme

Viele Labore arbeiten mit unterschiedlichen Analysemethoden und Herstellersystemen, die oft nicht direkt miteinander kompatibel sind. Datenformate, Steuerungsprotokolle und Schnittstellen können stark variieren, was die nahtlose Integration neuer Automatisierungslösungen erschwert.

Modulare Systeme und standardisierte Schnittstellen, beispielsweise LIMS-kompatible Geräte, erleichtern die Vernetzung und sorgen für eine bessere Skalierbarkeit. Wer sich für neue Technologien entscheidet, sollte darauf achten, dass diese sich in bestehende Strukturen integrieren lassen und nicht zu isolierten Einzellösungen führen.

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Akzeptanz und Umstellung im Team

Automatisierung verändert nicht nur Abläufe, sondern auch die Anforderungen an das Personal. Manche Mitarbeiter befürchten, dass Automatisierung ihre Arbeit ersetzt, während andere sich auf neue Systeme umstellen müssen, die sie möglicherweise nicht sofort beherrschen. Zudem kann eine fehlerhafte Einführung die Effizienz anfangs senken, wenn Prozesse noch nicht optimal eingespielt sind.

Frühzeitige Einbindung des Teams, gezielte Schulungen und eine klare Kommunikation helfen, Unsicherheiten abzubauen und die Akzeptanz zu fördern. Die Automatisierung soll das Personal nicht ersetzen, sondern entlasten, indem sie Routineaufgaben übernimmt und Kapazitäten für anspruchsvollere Tätigkeiten schafft.

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Wartung und Ausfallsicherheit

Automatisierte Systeme sind leistungsstark, aber sie erfordern regelmäßige Wartung und können im Falle eines Ausfalls den gesamten Workflow stören. Ein einzelner Defekt kann weitreichende Folgen haben, wenn kein Notfallplan existiert.

Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) mit KI-gestützter Fehleranalyse kann Ausfälle minimieren, indem Probleme frühzeitig erkannt werden, bevor sie zu größeren Störungen führen. Zusätzlich sollten Labore immer Backup-Strategien für kritische Prozesse bereithalten, um im Ernstfall flexibel reagieren zu können.

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Skalierbarkeit und Zukunftssicherheit

Automatisierungslösungen müssen zukunftsfähig sein. Was heute optimal funktioniert, könnte in wenigen Jahren durch neue Standards oder Technologien überholt sein. Wer sich zu früh auf proprietäre oder nicht erweiterbare Systeme festlegt, könnte langfristig an Flexibilität verlieren.

Modulare und cloudbasierte Lösungen bieten mehr Anpassungsfähigkeit und lassen sich leichter erweitern. Die Integration von KI kann langfristig helfen, neue Entwicklungen schneller zu adaptieren und Automatisierungslösungen kontinuierlich zu verbessern.

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Besonders Kritische Aspekte der umfassenden Laborautomation

Ein besonders herausfordernder Aspekt der vollständigen Laborautomatisierung ist die automatisierte Probenbewegung – also die gesamte Prozesskette von der Probenvorbereitung über die Überführung in das jeweilige Probengefäß bis hin zum Autosampler des entsprechenden Analysesystems.

In vielen Routine-Laboren unterscheiden sich die Probenvorbereitungen je nach Gerät und Analysemethode, was eine standardisierte, vollautomatische Lösung derzeit schwierig macht. Aktuell müsste jede Laborautomation auf standardisierte Probengefäße, definierte Volumina und einheitliche Probenhandling-Protokolle setzen, um eine durchgängige Automatisierung zu ermöglichen.

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Ein weiteres Problem: Der schleichende Verlust von Wissen

Mit zunehmender Automatisierung steigen auch die Anforderungen an das technische Verständnis und die Pflege der Systeme. Je komplexer die Laborprozesse werden, desto essenzieller wird es, dass Wissen strukturiert erfasst und langfristig verfügbar bleibt. Doch genau hier liegt eine der größten Herausforderungen moderner Labore: Wertvolles Know-how geht verloren, sei es durch den Weggang erfahrener Fachkräfte, mangelnde Dokumentation oder unzureichend strukturierte Übergaben.

Besonders in hochspezialisierten Laboren ist dies ein wiederkehrendes Problem. Oft existiert kein zentralisiertes Wissensmanagement, und die Weitergabe wichtiger Informationen erfolgt mündlich oder auf inoffiziellen Wegen. Das führt dazu, dass kritische Systemkonfigurationen, Wartungszyklen oder Troubleshooting-Maßnahmen nur wenigen Mitarbeitern bekannt sind. Verlässt einer dieser Experten das Unternehmen, bleiben Lücken zurück, die mühsam geschlossen werden müssen.

Fehlende Dokumentation bedeutet:

📌 Längere Einarbeitungszeiten für neue oder wechselnde Mitarbeiter

📌 Erhöhte Fehleranfälligkeit, da spezifische Systemkenntnisse nicht systematisch weitergegeben werden

📌 Ineffiziente Wartung, die durch unklare Vorgaben und fehlende Protokolle erschwert wird

📌 Abhängigkeit von einzelnen Experten, wodurch kritisches Wissen nicht breit verfügbar ist

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Eine Lösung bieten moderne Equipment-Management-Systeme wie LabThunder, die alle technischen Logbücher automatisch pflegen, Wartungsprozesse dokumentieren und eine lückenlose Nachverfolgbarkeit ermöglichen. Diese Systeme helfen Laboren nicht nur dabei, Fehler schneller zu analysieren, sondern auch die Erfahrungswerte des Teams langfristig zu sichern.

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Warum ist das so wichtig?

🔹 Automatisierte Systeme benötigen regelmäßige Pflege – ohne fundiertes Wissen steigt das Risiko für ungeplante Ausfälle

🔹 Laborprozesse und Systeme verändern sich stetig – flexibles, digitalisiertes Wissen sorgt für kontinuierliche Optimierung

🔹 Neue Mitarbeiter oder wechselnde Teams können schneller eingearbeitet werden, ohne dass wertvolle Zeit verloren geht

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In Zukunft wird sich kein automatisiertes Labor diesem Thema entziehen können. Eine nachhaltige Digitalisierung des Wissensmanagements ist genauso entscheidend wie die Automatisierung der physischen Laborprozesse. Nur wer Technik und Know-how gleichermaßen managt, bleibt langfristig wettbewerbsfähig.

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Fazit: Die Zukunft der Laborautomatisierung ist jetzt

Die Automatisierung im Labor ist längst keine Zukunftsvision mehr – sie ist Realität und entwickelt sich rasant weiter. Moderne Technologien ermöglichen es Laboren, effizienter zu arbeiten, Kosten zu senken und Fehlerquellen zu minimieren. Besonders in Routineprozessen bietet Automatisierung einen klaren Vorteil, indem sie wiederkehrende Aufgaben übernimmt, die Produktivität steigert und die Qualität der Ergebnisse verbessert.

Doch der Weg zur Automatisierung erfordert strategische Planung. Hohe Anfangsinvestitionen, Integrationsherausforderungen und die Akzeptanz im Team sind zentrale Hürden, die überwunden werden müssen. Während eine schrittweise Automatisierung Labore entlastet und anpassungsfähig macht, kann eine komplette Neuplanung langfristig für maximale Effizienz sorgen. Die Wahl der richtigen Strategie hängt von den individuellen Anforderungen des Labors ab.

Ein entscheidender Faktor, der oft übersehen wird, ist die Verfügbarkeit von Wissen. Mit zunehmender Automatisierung steigt der Bedarf an technischem Know-how, um die Systeme zu warten und optimal zu nutzen. Unzureichende Dokumentation und fehlendes Wissensmanagement können den Automatisierungsfortschritt ausbremsen. Lösungen wie digitale Equipment-Management-Systeme wie LabThunder helfen dabei, wertvolles Fachwissen zu bewahren und allen Mitarbeitern zugänglich zu machen.

Automatisierung ist mehr als nur Technologie – sie ist ein Wandel in der Laborwelt. Labore, die frühzeitig auf smarte Systeme setzen und ihr Wissen systematisch digitalisieren, sichern sich nicht nur Wettbewerbsvorteile, sondern gestalten aktiv die Zukunft der Laborarbeit mit.

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