Kennzeichnung von Röhrchen und Vials im Labor – von der Stiftbeschriftung zur vollautomatischen Etikettierung.

Das war das Thema eines Fachartikels von Dirk Peters in der Labo 3/2023, welchen wir hier noch einmal kurz wiedergeben möchten.

Dass eine maschinelle Beschriftung bzw. eine Etikettierung von Laborröhrchen heutzutage Stand der Technik ist und zahlreiche Vorteile für Anwender/innen bietet, liegt auf der Hand. Insbesondere in Bereichen, die den Regularien einer GLP-gerechten Arbeitsweise oder im Forschungsbereich den „Leitlinien zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis“ unterliegt, ist eine eindeutige Kennzeichnung unerlässlich.
Generell gibt es die Möglichkeiten einer Direktbeschriftung der Labor-Röhrchen z. B. durch ein Ink-Jet Druckverfahren oder aber das Kennzeichnen über Laser-Beschrifter, wobei ein Teil einer zuvor aufgebrachten Schicht gezielt weggebrannt wird. Das mit Abstand häufigste, weil einfachste Verfahren ist aber der sogenannte Thermo-Transferdruck. Also das Bedrucken eines Etiketts und das anschließende Aufbringen (Applizieren) auf das Röhrchen. Dabei wird meist ein schwarzer Farbstoff, welcher sich auf einem Farbband befindet durch einen Druckkopf mit gezielten Wärmeimpulsen auf ein weißes Etikett aufgebracht. Es gibt alternativ auch transparente und andersfarbige Etiketten und Farbbänder.

Etiketten-Materialien und Unterschiede

Anwender und Anwenderinnen haben eine große Auswahl an verschiedenen Materialien (siehe Tabelle). Am häufigsten werden auf Grund der sehr guten Resistenzen gegenüber typischen Chemikalien, der sehr guten Handhabbarkeit und aus Kostengründen PE-Folien-Etiketten eingesetzt. Polypropylen (PP) Etiketten kommen wegen der hohen Steifigkeit für eine Etikettierung von Röhrchen eher nicht in Betracht, da sich das Etikett – je nach Durchmesser – von selbst wieder ablöst.
Das verwendete Farbband muss zum Etikettenmaterial und der Anwendung passen. Die Hersteller von Etiketten bieten hierbei meist auch die passenden Farbbänder an. Für die genannten PE-Folien-Etiketten bieten sich Harzfarbbänder an.
Als Sonderlösung gibt es auch selbstlaminierende Etiketten. Diese haben neben der eigentlichen Beschriftungsfläche noch einen transparenten Bereich, welcher ausreicht, das Röhrchen zu umwickeln. Dabei wird die Beschriftung besonders gut geschützt, da die eigentliche Beschriftung durch die transparente Folie nicht mehr direkt mit dem Lösemittel in Kontakt kommen kann.

Manuelle bis integrierte Etikettierung – Unterschiede und Lösungskonzepte

Ist die Entscheidung zur Verwendung von Etiketten und Codes gefallen, stellt sich die Frage der Umsetzung, die sich je nach Anzahl der Röhrchen und der Anforderung unterschiedlich beantworten lässt. Dabei stellen sich generell zwei Basisfragen: Woher kommt das Etikett? Und wie kommt es auf das Röhrchen?
Benötigt man nur eine eindeutige Kennzeichnung der verwendeten Röhrchen z. B. mit einem Barcode, können voretikettierte Röhrchen des Herstellers eine einfach umzusetzende Lösung darstellen. Viele Hersteller bieten zumindest für einige der Röhren diesen Service an. Hier hat man allerdings meist wenig Einfluss auf den Inhalt der Kennzeichnung und des verwendeten Codes.

Manueller Druck

Möchte man aber mehr und speziellere Informationen auf dem Etikett haben, kann man sich die Etiketten auch leicht selbst herstellen. Dabei werden handelsübliche Etikettenbögen mit einem Standard-Laser-Drucker beschriftet. Hierbei müssen die Etiketten aber anschließen manuell auf das Röhrchen aufgebracht werden.
Etiketten vorab in einer entsprechenden Etiketten-Druckerei anwenderspezifisch anfertigen zu lassen, ermöglicht ebenfalls einen einfachen und schnellen Einsatz.

On-Demand-Druck

Wenn man On-Demand-Daten, wie das Datum, Chargen-Nummern oder spezielle Probendaten auf dem Etikett benötigt, kommt man um einen eigenen Etikettendrucker nicht umhin. Damit steigen aber gleichzeitig die Möglichkeiten bei Layout, für weitere Informationen auf dem Etikett und vor allem der Integration in den Laborablauf. Oft können die Etiketten direkt aus dem LIMS erzeugt werden.

Etiketteninformation und LIMS-Anbindung

Je nach verwendetem Code lassen sich begrenzt Informationen maschinenlesbar unterbringen und bei „sprechenden“ Codes kommt man hier schnell an die Grenzen.
Unter sprechenden Codes bezeichnet man Lösungen in denen die eigentliche Information wie z. B. Hersteller, Abfülldatum oder aber auch Bearbeiter, Lösemittel etc. schon direkt im Barcode oder 2D-Code kodiert sind. Der Vorteil besteht darin, dass es keine gemeinsame Datenbasis geben muss. Jeder, der die Spezifikation kennt, kann den Code erzeugen und auch lesen.
Alternativ dazu verwendet man den Code ausschließlich zum Übertragen einer eineindeutigen Identifikationsnummer. Die eigentlichen Informationen über die Probe bzw. das Röhrchen stehen dann in einer Datenbank bereit. Der Schlüssel für den Datensatz ist dabei die Identifikationsnummer. Dieses Verfahren wird typischerweise in Verbindung mit Labor-Informations- und Managementsystemen (LIMS) eingesetzt.
Neben den Barcodes und 2D-Codes können viele weitere Informationen auf dem Etikett aufgebracht werden, wie Klartext zu den Codes oder auch Piktogramme, Logos und weitere Informationen.

Manuelles Aufbringen/Applizieren

Die einfachste Variante ist das manuelle Aufbringen des Etiketts auf das Röhrchen. Dabei wird das Etikett vom Trägermaterial gelöst und anschließend von Hand auf das Röhrchen geklebt. Besonders wenn viele Röhrchen etikettiert werden müssen, geschieht dies nicht mit gleichbleibender Qualität. Etiketten werden unter Umständen schief aufgeklebt und/oder haben oft einen Höhenversatz oder werden mit einem Knick aufgebracht. Im schlimmsten Fall steht das Etikett über dem Boden hinaus und führt zum Wackeln des Röhrchens oder der Barcode kann von der Maschine nicht gelesen werden. Die manuelle Arbeit ist zudem sehr monoton.

Semiautomatisches Aufbringen/Applizieren

Abhilfe schaffen hier Etikettendrucker mit angeschlossenem Applikator, welche von verschiedenen Unternehmen angeboten werden. Dabei wird das Etikett on demand bedruckt, automatisch vom Trägerband gelöst und auf das Röhrchen gewalzt. Die Bereitstellung und Entnahme des Röhrchens erfolgen von Hand.

Automatisches Aufbringen/Applizieren

Einen Schritt weiter gehen Hersteller von entsprechenden Kompaktgeräten. Hier werden die Röhrchen entweder in Racks vorsortiert oder werden über sogenannte „Tube Feeder“ aus Bulk- oder Schüttware vereinzelt bereitgestellt. Das Gerät entnimmt das Laborröhrchen und führt diese vollautomatisch dem Etikettierer zu und nach dem Etikettieren wieder zurück. Es kann dabei einen gewissen Vorrat an Röhrchen eigenständig durchetikettieren oder ein vordefiniertes Set an Röhrchen mit dem gleichen Etikett zusammenstellen. Dieses Verfahren wird z. B. in der Präanalytik einer Klinik verwendet, wenn verschiedene Blutröhrchen für einen Patienten/eine Patientin zusammengestellt werden.

Integrierte Etikettierung

Bei der integrierten Etikettierung wird das Etikett während einer Prozesskette auf das Laborröhrchen aufgebracht. Das Etikettiersystem kann dabei z.B. durch ein Abfüllmodul ergänzt werden, sodass die Tubes direkt gelabelt und befüllt werden. So können die Vorgänge Etikettieren, Befüllen und Verschrauben in einer Strecke durchgeführt werden. Dieses Verfahren wird z. B. bei der Abfüllung von Substanzen für die Herstellung von Analyse-Kits verwendet. Das leere Röhrchen wird aus der Vorlage entnommen, mit der Substanz befüllt, mit einem bereitgestellten Deckel verschlossen und anschließend mit einem Etikett versehen. Dabei ist es nicht nur möglich, eine vorab eingegebene Chargen-ID auf das Röhrchen zu schreiben, sondern auf Wunsch auch die exakte Abfüllzeit oder die fortlaufende Nummer im Batch.

Maschinenlesbarkeit – Barcode und 2D-Code kurz erklärt

Ein großer Vorteil einer maschinellen Beschriftung ist das Aufbringen von maschinenlesbaren Codes für die schnelle und sichere Datenerfassung mit einem Handscanner oder aber innerhalb der Bearbeitungs- und Analysegeräte. Dabei unterscheidet man zwischen einem Bar- bzw. Strichcode und einem 2D-Code.
Der Strichcode eignet sich nur für relativ kurze Inhalte. Man unterscheidet hierbei noch zwischen Codes, welche nur Zahlen abbilden können (z. B. Interleaved 2/5), und solchen, welche auch Buchstaben und Sonderzeichen einbinden können (z. B. Code 128). Der Strichcode hat den Vorteil, dass dieser mit allen gängigen Scannern leicht lesbar ist und wenn der Code entlang der Rotationsachse des Röhrchens aufgebracht wurde, auch keinerlei Verzerrungen aufweist. Der Nachteil besteht in der Informationsdichte des Codes. Es lassen sich meist nur bis zu 10 oder 12 Ziffern oder Buchstaben auf das Etikett für ein Röhrchen bringen.
Diesen Nachteil haben 2D-Codes nicht. Die Informationsdichte ist wesentlich höher. So können mit dem Datamatrix-Code auf engstem Raum bis zu 3116 Ziffern oder 2335 Zeichencodiert werden (ASCII 1-255), wobei sich je nach Datenmenge eine unterschiedliche Symbolgröße ergibt. Und genau dies ist auch ein Nachteil bei der Beschriftung von runden bzw. gewölbten Oberflächen. Es kommt immer zu einer Verzerrung des zweidimensionalen Codes. Dies begrenzt den Informationsgehalt bzw. die Größe des verwendbaren Codes. Zudem benötigt man zum Auslesen von 2D-Codes (z. B. Datamatrix, QR-Code) entsprechend geeignete 2D-Barcodescanner.

Fazit

Die Kennzeichnung von Probenmaterial oder Testsubstanzen in Laborröhrchen mittel Etikettierung kann bereits mit einfachen Tools erfolgen. Das Drucken und das Aufbringen des Etiketts auf das Röhrchen können separat erfolgen. Für die Etikettierung einer großen Anzahl von Laborröhrchen, einer On-Demand-Beschriftung oder einer kompletten Bearbeitung des Laborröhrchens einschließlich der Etikettierung stehen spezielle Laborgeräte zur Verfügung. Dabei können auch Prozessdaten auf dem Etikett vermerkt werden. Die Auswahl des Konzeptes, des Etikettenmaterials, des Layouts des Etiketts einschließlich der 1D- und 2D-Codes und die Integration in den Laborablauf müssen aufeinander abgestimmt sein und entscheiden über eine erfolgreiche Lösung für die Probenkennzeichnung.