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Rinse, reuse, repeat
sustainable solutions for lab plastics
Valery Louisa Maslo
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Drug Discovery and Development
Betreuer*in
Manfred Ogris
DOI
10.25365/thesis.80426
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17532.47053.661222-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Einwegkunststoffe in Zellkulturlaboren tragen erheblich zu Plastikabfall und Treibhausgasemissionen bei und stellen einen relevanten Anteil der Scope 3 Emissionen im Gesundheits- und Forschungssektor dar. Pipettenspitzen und Wellplatten aus Polypropylen bzw. Polystyrol werden in Hochdurchsatz-Workflows in großen Mengen eingesetzt und nach einmaligem Gebrauch üblicherweise verbrannt, was die Umweltbelastung zusätzlich erhöht. Ziel dieser Arbeit ist, die Machbarkeit und Leistungsfähigkeit automatisierter Waschsysteme (TipNovus und PlateNovus) als nachhaltige Alternative zu Einwegmaterialien zu untersuchen. Die Bewertung umfasst gravimetrische Kalibrierungen, mikroskopische Analysen, Haftungstests, sowie zellbasierte Assays mit Greiner-384-Well-Platten und Impedanz-basierten E-Platten. Gewaschene Pipettenspitzen erfüllten die ISO-8655-Toleranzen für Volumengenauigkeit und zeigten keine strukturellen Veränderungen nach bis zu zwölf Waschzyklen. Gewaschene Platten unterstützen Zellwachstum und pharmakologische Reaktionen in vergleichbarer Qualität zu neuen Platten. EC₅₀-Werte bleiben innerhalb akzeptabler Grenzen, auch nach bis zu fünf Waschläufen. Rückstandsanalysen (Bradford-, Fluorescein- und Neutralrot-Assays) bestätigen die effektive Entfernung biologischer und chemischer Kontaminationen und die Sterilitätsüberwachung zeigt, dass Dekontaminationsprotokolle mikrobielle Belastungen vollständig beseitigen. Die Umwelt- und Wirtschaftsanalyse verdeutlicht den Nutzen dieser Strategie: Das Waschen reduziert die CO₂ Emissionen um 98 % bei Pipettenspitzen und 65 % bei Platten, was einer jährlichen Einsparung von rund 1,53 Tonnen Kohlendioxyd äquivalent (CO₂e) entspricht. Die Waschkosten liegen bei etwa 2,48 € pro Spitzenbox und 2,60 € pro Platte, verglichen gegenüber Anschaffungskosten von 15 € pro Box bzw. 7 € pro Platte. Daraus ergeben sich jährliche Einsparungen von etwa 63.000 €. Bei einer Gesamtinvestition von 200.000 € beträgt die Amortisationszeit (ROI) rund 3,2 Jahre. Nach diesem Zeitraum generieren die Systeme fortlaufende Kostenvorteile bei gleichzeitiger Reduktion von Plastikabfall und Emissionen. Die Ergebnisse zeigen, dass automatisierte Waschprozesse unter validierten Protokollen und Hygieneauflagen in regulierte Laborumgebungen integriert werden können, ohne die Datenintegrität zu beeinträchtigen. Wiederverwendungsstrategien bieten damit eine skalierbare Lösung, um ökologische Nachhaltigkeit mit ökonomischer Effizienz in der biomedizinischen Forschung zu verbinden.
Abstract
(Englisch)
Single-use plastics in cell culture laboratories represent a major source of plastic waste and greenhouse gas emissions, contributing to Scope 3 emissions in healthcare and research sectors. Pipette tips and microwell plates, predominantly made of polypropylene and polystyrene, are widely used in high-throughput workflows and are typically incinerated after one use, generating substantial CO₂ emissions. This thesis investigates the feasibility of implementing automated washing systems (TipNovus and PlateNovus) to enable controlled reuse of these consumables, thereby reducing environmental impact without compromising data integrity. A comprehensive evaluation was performed, including gravimetric calibration, microscopic inspection, sealing-rim adhesion tests and cell-based assays on Greiner 384-well plates and impedance-based E-Plates. Washed pipette tips retained volumetric accuracy within ISO 8655 limits and showed no detectable morphological changes after up to 12 washing cycles. Five times washed microwell plates supported cell growth and pharmacological responses comparable to new plates, with EC₅₀ values remaining within acceptable ranges. Cleanliness assays (Bradford, Fluorescein, Neutral Red) confirmed effective removal of protein and chemical residues, and sterility monitoring demonstrated that scheduled decontamination eliminated microbial growth inside washers. Environmental and economic analyses revealed significant benefits. Washing reduced CO₂ emissions by 98% for pipette tips and 65% for plates, corresponding to an annual reduction of ~1.53 metric tons carbon dioxide equivalent (CO₂e) at the tested throughput. Cost modeling indicated a wash cost of €2.48 per tip box and €2.60 per plate, compared to purchase prices of €15 and €7, resulting in annual savings of ~€63,000. With a combined capital investment of €200,000, the estimated return on investment (ROI) is 3.2 years, after which the systems generate recurring cost savings alongside measurable sustainability gains. These findings demonstrate that automated washing workflows can be integrated into regulated laboratory environments without compromising sterility or assay performance. Implemented under validated protocols and hygiene controls, reuse strategies offer a scalable solution to reduce plastic waste, lower operational costs, and align laboratory practices with global sustainability objectives.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Nachhaltigkeit Pipettenspitzen Platten Grenova Plate Novus Tip Novus CO2 Wiederverwendung Waschen
Schlagwörter
(Englisch)
Sustainability Tips Plates Reuse Wash
Autor*innen
Valery Louisa Maslo
Haupttitel (Englisch)
Rinse, reuse, repeat
Hauptuntertitel (Englisch)
sustainable solutions for lab plastics
Paralleltitel (Deutsch)
Spülen, Wiederverwenden, Wiederholen
Paralleluntertitel (Deutsch)
nachhaltige Lösungen für Labor-Kunststoffe
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
X, 45 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Manfred Ogris
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften
AC Nummer
AC17785615
Utheses ID
79150
Studienkennzahl
UA | 066 | 606 | |