Typen von Laboren
Labore haben eine hohe Bedeutung: für die Forschung, für die Produktion von Gütern und für die Menschen im Alltag. Nach Schätzungen des Geniu Institutes gibt es weltweit über 500.000 analytische Labore. Wie kaum jemand anderes kennen die Mitarbeiter von Geniu Labore. Sie waren bereits in hunderten von Laboren unterschiedlichster Art tätig – beispielsweise als Laborleiter und als Berater. Basierend auf diesem Wissen hat Geniu eine „Typologie von Laboren“ entwickelt, die sowohl für Praktiker als auch Forscher hilfreich ist.
HINTERGRUND ZU LABOREN
Unter einem Labor bzw. Laboratorium wird häufig ein Raum verstanden, in denen analytische Verfahren angewendet werden.
Der Begriff Labor stammt ursprünglich von lateinisch laborare (arbeiten). Also eigentlich „nur“ ganz allgemein ein „Ort der Arbeit“. Die Bedeutung hat sich über die Zeit immer weiter konkretisiert, sodass immer stärker unter einem Labor ein Ort für „wissenschaftliche Erkenntnis und Verfahren“ verstanden wurde. Beispielsweise wurden im Mittelalter unter einem „Laboratorium“ Werkstätten von Alchemisten, in denen sie experimentierten, verstanden. Im Zuge der Entwicklung der Chemie im 17.–19. Jahrhundert wurde das Labor zu einem Ort für systematische Experimente. Bei diesen Experimenten wurden Utensilien wie Reagenzgläser und Pipetten, die viele mit Laboren verbinden, verwendet.
Heute wird unter einem Labor ein spezialisierter Ort für analytisches Arbeiten und Experimente nach klaren Regeln wie z.B. ISO oder GMP verstanden. In der Regel führen Labore analytische Verfahren, Prüfungen oder Messungen durch. Aber je nach Art des Labors kann der Fokus auch auf Experimenten und Versuchen (wie bei Forschungslaboren) oder dem Herstellen von Lösungen und Stoffen in kleinen Mengen im Laborumfeld liegen (z. B. Herstellungslabor). De Infrastruktur umfasst nicht nur moderne Labormöbel, sondern auch eine gute IT-Infrastruktur
In Laboren arbeiten Personen mit einer naturwissenschaftlichen Wissensbasis. Zum Beispiel Laboranten (z. B. mit einer Ausbildung zum Medizinisch-technischen Assistenten (MTA), Chemisch-technischen Assistenten (CTA) oder Biologisch-technischen Assistenten (BTA)) und Akademiker (Diplom, B.Sc., M.Sc., PhD, Dr.) unterschiedlicher Fachrichtungen wie Chemiker, Biologen, Pharmazeuten, Mediziner und Ingenieure. Zudem übernehmen Qualitätsmanager bzw. Mitarbeitende im Bereich Qualitätssicherung (QA) eine zentrale Rolle, indem sie die Einhaltung von Normen, Standards und regulatorischen Anforderungen sicherstellen.
TYPOLOGIE VON LABOREN
Jedes Labor ist anders und auf seine Art individuell – geprägt durch die Art der Analytik, die Personen, die Branche, die Regulierung und Organisationsform. Gleichzeitig lassen sich trotz dieser Vielfalt wiederkehrende Muster erkennen, sodass jedes Labor einem bestimmten Typ von Labor zugeordnet werden kann.
Typologien werden in vielen Disziplinen eingesetzt, um komplexe und heterogene Realitäten zu strukturieren. Sie ermöglichen es, Gemeinsamkeiten zu erkennen und Unterschiede systematisch zu beschreiben und daraus Erkenntnisse zu gewinnen.
Die im White Paper vorgestellte „Typologie von Laboren“ wurde von Dr. Gerstner entwickelt, einem der führenden Experten für Laboroptimierung in Europa und einem der Pioniere von Lean Management im Labor. Sie schafft eine strukturierte Grundlage, um Labore besser zu verstehen und mit welcher der grundlegende Typ eines Labors beschrieben werden kann.
ARTEN VON LABOREN
Labore nach der Stellung im Wertschöpfungsprozess
Labore können nach ihrer Rolle im Wertschöpfungsprozess (vgl. Michael E. Porter) unterschieden werden. Danach lassen sich Labore in Forschungs- und Entwicklungslabore, Produktions- bzw. Herstellungslabore sowie Qualitätskontrolllabore einteilen.
Forschungslabore führen Experimente und Versuche durch, um neues Wissen zu generieren. Dies geschieht entweder im Bereich der Grundlagenforschung, z. B. im universitären Umfeld, oder in der industriellen Forschung, etwa in der Pharmaindustrie zur Identifikation neuer Wirkstoffe oder Technologien. Beispiele sind Labore das Forschungszentrum Julich.
führen Experimente und Versuche durch, um neues Wissen zu generieren. Dies geschieht entweder im Bereich der Grundlagenforschung, z. B. im universitären Umfeld, oder in der industriellen Forschung, etwa in der Pharmaindustrie zur Identifikation neuer Wirkstoffe oder Technologien. Beispiele sind Labore das Forschungszentrum Julich.
Entwicklungslabore übertragen wissenschaftliche Erkenntnisse in konkrete Anwendungen, Produkte oder Verfahren. Sie optimieren Formulierungen, skalieren Prozesse vom Labormaßstab in Richtung Pilotmaßstab und testen die technische Umsetzbarkeit unter realitätsnahen Bedingungen. Typische Beispiele sind die Entwicklung neuer Arzneimittelformulierungen in der Pharmaindustrie wie z.B. bei Pfizer, Sanofi oder Bayer, die Anpassung von Rezepturen in der Lebensmittelindustrie oder die Entwicklung neuer Materialien und Beschichtungen in der Chemie- und Werkstofftechnik.
Produktions- bzw. Herstellungslabore sind direkt in die Wertschöpfung eingebunden und stellen Produkte oder Zwischenprodukte unter kontrollierten Bedingungen her – häufig im kleinen bis mittleren Maßstab (z. B. „small scale“ oder Pilotproduktion). Sie dienen der Herstellung klinischer Prüfmuster, personalisierter Therapien oder hochspezialisierter Produkte. Beispiele sind biotechnologische Labore zur Herstellung von Zellkulturen oder Proteinen, Reinraumlabore zur Produktion steriler Arzneimittel oder Labore zur Kleinserienfertigung von Spezialchemikalien.
Qualitätskontrolllabore, auch QK-Labore oder Routinelabore genannt, überprüfen die Qualität von Ausgangsstoffen, Zwischenprodukten und fertigen Erzeugnissen. Dies erfolgt sowohl durch Inprozesskontrollen (IPKs) als auch durch Endkontrollen der Fertigware. Sie stellen sicher, dass alle Produkte den regulatorischen Anforderungen und Spezifikationen entsprechen. Praktisch jedes Unternehmen in der Pharma-, Chemie- oder Lebensmittelindustrie verfügt über ein eigenes Qualitätskontrolllabor, oft ergänzt durch standardisierte Prüfmethoden, hohe Automatisierung und ein starkes Augenmerk auf Effizienz und Reproduzierbarkeit.
Labore nach dem Bezug zum Auftraggeber
Labore können auch danach unterschieden werden, für wen sie ihre Leistungen erbringen. Dabei wird zwischen Betriebslaboren und Auftragslaboren unterschieden.
Betriebslabore, auch In-House-Labore genannt, sind organisatorisch direkt in ein Unternehmen eingebunden und erbringen ihre analytischen Leistungen ausschließlich oder überwiegend für den eigenen Betrieb. „Auftraggeber“ ist folglich ein interner Kunde. In der Regel liegt der Fokus von Betriebslaboren auf der Qualitätskontrolle für die Produktion, teilweise aber auch der (angewandten) Forschung. Beispiele hierfür sind das Betriebslabor des Chemieunternehmens Evonik oder Labore bei großen Lebensmittelherstellern.
Auftragslabore, auch externe Labore genannt, erbringen Laborleistungen für verschiedene Kunden und Branchen. Auftraggeber“ ist folglich ein externer Kunde. Unternehmen lagern gezielt Analysen, Prüfungen oder auch Entwicklungsleistungen aus, z.B. wenn eine spezielle Expertise benötigt wird oder die interne Durchführung von analytischen Methoden sich aufgrund einer geringen Probenzahl nicht lohn. Beispiele für Auftragslabore sind Eurofins Scientific, Amedes, SGS sowie Intertek.
Labore nach der Art der Einrichtung
Labore können auch danach unterschieden werden, in welchem institutionellen Kontext sie betrieben werden. Dabei wird zwischen öffentlichen bzw. gemeinnützigen Einrichtungen und privatwirtschaftlich bzw. gewinnorientierten Einrichtungen unterschieden.
Öffentliche bzw. Non-Profit-Labore. Dies können sowohl Forschungslabore öffentlicher Einrichtungen, die Teil von Universitäten, staatlichen Forschungsorganisationen oder gemeinnützigen Stiftungen sind, sein oder stattliche Labore, z.B. von Städten oder Ländern. Der Fokus von universitären Laboren liegt häufig auf Grundlagenforschung, Lehre (in „Lehrlaboren“) sowie anwendungsnaher Forschung im öffentlichen Interesse. Sie werden überwiegend durch staatliche Mittel, Förderprogramme oder Stiftungen finanziert. Typische Aufgaben sind wissenschaftliche Studien, Methodenentwicklung und Ausbildung von Fachkräften und (angehenden Wissenschaftlern wie z.B. Doktoranden, Post-Docs und Professoren). Beispiele hierfür sind Labore der Max Planck Gesellschaft (in Deutschland), Universitätslabore wie an der Harvard University (in den USA, Boston) oder Tsinghua University (in China, Peking).
Der Fokus von staatlichen Laboren liegt häufig in der Wahrnehmung hoheitlicher Überwachungs- und Kontrollaufgaben. Dazu zählen beispielsweise die Grund- und Abwasseranalytik, die Lebensmittelüberwachung, Umweltmonitoring oder auch gesundheitsbezogene Untersuchungen im öffentlichen Auftrag. Diese Labore arbeiten auf Basis gesetzlicher Vorgaben und standardisierter Verfahren und sind häufig eng in behördliche Strukturen eingebunden. Typische Beispiele sind kommunale Wasserlabore, Landesuntersuchungsämter oder Einrichtungen wie das Umweltbundesamt in Deutschland, die Food and Drug Administration (FDA) in den USA oder entsprechende Behördenlabore auf Bundesland/Provinz- oder Staatsebene in anderen Ländern. Sie leisten einen zentralen Beitrag zum Schutz von Gesundheit, Umwelt und Verbraucherinteressen.
Private bzw. profit-orientierte Labore, auch sind Teil privatwirtschaftlicher Unternehmen oder als eigenständige Labor-Dienstleister organisiert. Ihr Ziel ist es, wirtschaftlichen Mehrwert zu schaffen, z. B. durch die Erforschung neuer Produkte und der Sicherstellung der Produktqualität durch Qualitätskontrolle. Beispiele sind Forschungs- und Entwicklungslabore großer Unternehmen wie BASF oder Pfizer sowie privatwirtschaftliche Auftragslabore und Prüfdienstleister wie Eurofins Scientific oder WuXi AppTec (Shanghai, China).
Labore nach der Art der Industrie
Labore können auch nach der Branche bzw. Industrie unterschieden werden, in der sie tätig sind. Typische Industrien sind: Pharma, Chemie, Biotechnologie, Medizintechnik, Lebensmittel, Agrar, Medizin/Krankenhaus, Forensik, Umweltanalytik, Wasser und Automobil. Diese Industrien lassen sich übergeordnet in Life-Science-Labore und Nicht-Life-Science-Labore einteilen:
Life-Science-Labore umfassen alle Labore, die sich mit biologischen, medizinischen oder lebensmittelbezogenen Fragestellungen beschäftigen. Sie arbeiten häufig mit lebenden Organismen, Zellen, Biomolekülen oder gesundheitsrelevanten Proben und unterliegen oft strengen regulatorischen Anforderungen (z. B. GMP, GLP). Typische Vertreter sind Labore aus den Bereichen Pharma, Biotechnologie, Medizintechnik, Lebensmittel, Agrar sowie medizinische bzw. klinische Labore im Krankenhausumfeld. Beispiele hierfür sind Forschungs- und Entwicklungslabore von Roche (Schweiz), biotechnologische Labore von BioNTech (Deutschland) und klinische Diagnostiklabore wie z.B. Labcorp (USA).
Nicht-Life-Science-Labore befassen sich primär mit physikalischen, chemischen oder technischen Fragestellungen außerhalb biologischer Systeme. Sie analysieren Materialien, prüfen technische Eigenschaften oder untersuchen Umweltparameter. Typische Industrien sind Automobil, Forensik, und Umweltanalytik. Beispiele sind Material- und Prüflabore von BMW, forensische Labore staatlicher Behörden, Umweltlabore wie bei United States Environmental Protection Agency oder Wasseranalyselabore kommunaler Versorger.
Labore nach der Art der Analytik
Labore können auch nach der eingesetzten Analytik bzw. den verwendeten Untersuchungsmethoden unterschieden werden. Eine gängige Einteilung umfasst Nasschemie, Mikrobiologie und instrumentelle Analytik.
Nasschemische Labore, auch klassische chemische Analytik oder „Wet Chemistry“ genannt, basieren auf chemischen Reaktionen in Lösung. Sie werden häufig für grundlegende quantifizierende und qualitative Analysen eingesetzt. Typische Anwendungen sind Titrationen, Gravimetrie oder photometrische Bestimmungen. Beispiele für häufig eingesetzte Methoden sind Säure-Base-Titrationen, Redox-Titrationen und spektroskopische Verfahren wie UV/Vis-Photometrie.
Mikrobiologische Labore, auch Bioanalytik genannt, untersuchen Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Pilze oder Hefen. Sie spielen eine zentrale Rolle in der Lebensmittelanalytik, Pharmaindustrie, Medizin sowie Umweltüberwachung. Typische Aufgaben sind der Nachweis, die Identifizierung und die Quantifizierung von Mikroorganismen sowie die Prüfung auf Sterilität oder Kontamination. Beispiele für gängige Verfahren sind Keimzahlbestimmungen (z. B. Koloniezählung) und PCR-basierte Nachweismethoden.
Instrumentelle Analytik, auch Geräteanalytik genannt, nutzt spezialisierte Messgeräte zur hochpräzisen und oft automatisierten Analyse von Stoffen. Die Verfahren arbeiten mit hoher Sensitivität und Selektivität und sind in vielen Industrien Standard. Typische Anwendungen sind die Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen, Spurenanalytik oder Strukturaufklärung. Beispiele für häufig eingesetzte Verfahren sind Chromatographie-Methoden wie HPLC (High Performance Liquid Chromatography) und GC (Gaschromatographie), spektroskopische Verfahren wie AAS (Atomabsorptionsspektrometrie) und ICP (Inductively Coupled Plasma), sowie moderne molekularbiologische Methoden wie NGS (Next Generation Sequencing).
Labore nach der biologische Schutzstufen
Labore können auch nach den biologischen Schutzstufen eingeteilt werden. Diese Klassifikation beschreibt, welche Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit biologischen Arbeitsstoffen erforderlich sind. Die Einteilung in S1 bis S4-Labore (auch Biosicherheitsstufen oder Biosafety Levels, BSL-1 bis BSL-4 genannt) basiert auf internationalen Richtlinien, z. B. der World Health Organization.
S1-Labore, auch BSL-1 genannt, arbeiten mit Stoffen, von denen keine oder nur eine sehr geringe Gefährdung für Mensch und Umwelt ausgeht. Es sind normale Hygienemaßnahmen ausreichend. Typische Anwendungen sind Ausbildungs- und Lehrlabore oder einfache mikrobiologische Arbeiten mit nicht-pathogenen Mikroorganismen, z. B. Standardversuche mit ungefährlichen Bakterienstämmen.
S2-Labore, auch BSL-2 genannt, befassen sich mit biologischen Arbeitsstoffen, die eine moderate Gefährdung darstellen können und Krankheiten beim Menschen hervorrufen können, jedoch in der Regel gut behandelbar sind. Hier sind zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, wie z. B. Sicherheitswerkbänke und kontrollierter Zugang. Typische Anwendungen sind diagnostische Labore, die Patientenproben untersuchen, oder mikrobiologische Arbeiten mit bekannten Krankheitserregern wie bestimmten Bakterien oder Viren.
S3-Labore, auch BSL-3 genannt, arbeiten mit Erregern, die schwere Krankheiten verursachen können und über die Luft übertragbar sind. Entsprechend hoch sind die Sicherheitsanforderungen, z. B. Unterdruckräume, spezielle Schutzkleidung und strenge Zugangskontrollen. Solche Labore werden beispielsweise für die Forschung an hochinfektiösen Krankheitserregern oder für spezielle diagnostische Fragestellungen eingesetzt, etwa bei neu auftretenden Infektionskrankheiten.
S4-Labore, auch BSL-4 genannt, stellen die höchste Sicherheitsstufe dar und sind für Arbeiten mit hochgefährlichen und oft lebensbedrohlichen Erregern vorgesehen, für die es häufig keine wirksamen Therapien oder Impfstoffe gibt. Diese Labore verfügen über maximale Sicherheitsvorkehrungen, wie Vollschutzanzüge mit eigener Luftversorgung und vollständig abgeschottete Arbeitsbereiche. Typische Anwendungen sind die Forschung an seltenen, hochpathogenen Viren sowie die Untersuchung besonders gefährlicher biologischer Risiken.
BEDEUTUNG DER TYPOLOGIE FÜR PRAXIS UND FORSCHUNG
Die systematische Einteilung von Laboren entlang verschiedener Dimensionen schafft eine gemeinsame Sprache und ein strukturiertes Verständnis einer ansonsten sehr heterogenen Landschaft. Sie ist damit sowohl für die Praxis als auch für die Forschung von hoher Relevanz.
Für Praktiker
Marketingverantwortlichenutzen die Typologie zur Segmentierung des Labormarktes und zur Entwicklung passgenauer Angebote für die unterschiedlichen Zielgruppe. Ein differenziertes Verständnis von Laboren ermöglicht es, Marketing- und Vertriebsaktivitäten gezielt auf spezifische Labortypen auszurichten und deren jeweilige Bedürfnisse besser zu adressieren.
Für Berater von Laboren kann die Typologie für unterschiedliche Fragestellungen hilfreich sein. Zum Beispiel als Grundlage zur strategischen Analyse des Labormarktes. Oder auch für jedes Projekt mit einem Labor, um möglichst schnell zu verstehen, wie ein Labor tickt. Neben der Beratungserfahrung bildet dies eine wichtige Basis für erfolgreiche Beratung.
Investoren in Laboren aber auch Investoren in Laborimmobilien hilft die Typologie bei der Segmentierung des Labormarktes, um u.a. die attraktivsten Labore zu identifizieren.
Für die Forschung
Die Typologie bietet eine Klassifikationslogik, um die Entwicklung der Laborlandschaft systematisch zu analysieren und zu erforschen. Sie hilft Forschern dabei, Trends und strukturelle Veränderungen zu erkennen – beispielsweise die Verlagerung von Aktivitäten hin zu Auftragslaboren oder auch unterschiedliche Konsolidierungstendenzen.
Ähnlich hat auch die erste wissenschaftliche Arbeit zur Anwendung von Lean Management im Labor von Thomas C. Trible aus dem Jahr 2005 Labore klassifiziert – nur auf eine einfachere bzw. unvollständige Art.
Für Geniu
Geniu ist auf Labore spezialisiert und bietet Beratung und Schulungen für Labore an, unterstützt aber auch Hersteller von Laborgeräten und Labordienst-leistern, deren Kunden Labore sind, sowie Organisationen, die in Labore investieren oder mit ihnen zusammenarbeiten. Von Grundlagenschulungen zum Verständnis von Laboren bis hin zur Erstellung von Fallstudien für Ihre Produkte, in denen der Mehrwert für den Kunden auf unterschiedlichen Dimensionen quantifiziert wird.
Geniu berät die unterschiedlichsten Labore, die in der Typologie genannt sind. Von Pharmalaboren über Auftragslabore bis zu „Spezial-laboren“.
INTERVIEW MIT DR. GERSTNER ZUR TYPOLOGIE
Dr. Gerstner gehört zu den führenden Experten für Laboroptimierung und Lean Lab in Europa. Er hat über 200 Laboroptimierungsprojekte in Europa, den USA und Asien erfolgreich realisiert – in den unterschiedlichsten Typen von Laboren. Er gilt als einer der führenden Experten für Lean Management im Labor in Europa.
Geniu: Herr Dr. Gerstner, wie kam es dazu, dass Sie sich so intensiv mit der Klassifikation von Laboren beschäftigt haben?
Gerstner: Wir arbeiten tagtäglich mit Laboren zusammen. Und wenn wir eine Anfrage von Laboren bekommen, dann geht es zunächst auch darum zu verstehen, um was für ein Labor es sich handelt.
Geniu: Warum ist es so schwierig, ein Labor auf den ersten Blick richtig einzuordnen?
Gerstner: Stellen Sie sich vor, Sie treffen auf einer Geburtstagsfeier jemanden, der Ihnen erzählt: „Ich arbeite in einem Labor“. Was geht Ihnen dann durch den Kopf? Die meisten haben sofort ein Bild – Reagenzgläser, Pipetten, vielleicht weiße Kittel. Aber in Wirklichkeit kann sich dahinter alles Mögliche verbergen: ein medizinisches Diagnostiklabor, ein Qualitätskontrolllabor in der Lebensmittelindustrie oder ein Forschungslabor.
Geniu: Das heißt, der Begriff „Labor“ ist zu unspezifisch?
Gerstner: Genau. Jedes Labor ist anders und auf seine Art individuell. Gleichzeitig sehen wir in der Praxis aber teilweise wiederkehrende Muster. Und genau diese Muster machen es möglich, Labore in Typen einzuordnen.
Geniu: Wofür ist das hilfreich?
Gerstner: Für viele Gruppen. Zum Beispiel für Hersteller von Laborgeräten oder Dienstleister für Labore. Wer die vielen unterschiedlichen Labore verstehen und z.B. Marketing und Vertrieb daran ausrichten möchte, braucht eine klare Struktur. Eine Typologie hilft dabei, diese Vielfalt greifbar zu machen, Unterschiede zu verstehen und gezielt zu segmentieren.
Geniu: Und für Mitarbeiter in Laboren selbst? Die brauchen doch so was nicht wirklich, oder?
Gerstner: Da stimme ich Ihnen absolut zu. Eine Mitarbeiterin in einem Labor kennt ihr Labor ja bereits. Dann braucht sie dies eigentlich nicht. Aber für Bewerber und Berufssuchende kann dies äußerst hilfreich sein. Denn die unterschiedlichen Typen von Laboren ticken ganz anders, so dass sich die Art der Arbeit deutlich unterscheidet. Ein Auftragslabor für Umweltanalytik tickt z.B. ganz anders als ein universitäres Forschungslabor mit Schwerpunkt Genetik mit oder ein Betriebslabor in einem großen Chemiewerk für Kunststoffherstellung.
Geniu: Und wie hilft Ihnen die Typologie bei Ihrer Arbeit als Berater?
Gerstner: Auch dort schafft eine Typologie Orientierung. Sie hilft zu verstehen, wie ein Labor funktioniert, welche Ziele und Herausforderungen typisch sind und wie Lösungsansätze ausgestaltet sein müssen, damit diese auch wirklich passen. Durch ein klares Verständnis des Labortyps kann man in der Beratung sehr effizient vorgehen und gezielt die Besonderheiten des Labors verstehen. So können wir in viel kürzerer Zeit zum eigentlichen Kern des Problems vordringen.
Geniu: Wie ist Ihre Typologie entstanden?
Gerstner: Über letzten 20 Jahre hinweg habe ich unterschiedlichste Labore analysiert und in zahlreichen Projekten begleitet. Aus diesem Verständnis heraus habe ich die wiederkehrenden Muster strukturiert, welche heute die Grundlage der Typologie bilden. Die erste Typologie ist bereits im Jahr 2016 entstanden.