Abschlussbericht

1 Aufgabenstellung
Antifoulingkonzepte für Sensoren für das Wassermonitoring durch sterisch
optimierte Tetraetherlipid-Coatings
PTKA-WTE
Beim Verbleib in wässrigen Medien werden Sensorsysteme binnen kurzer Zeit mit einer
Bewuchsschicht aus verschiedensten Organismen und anorganischen/ organischen
Stoffkomponenten (Biofilm) bedeckt - ein bisher kaum vermeidbares Phänomen, welches die
Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Sensors in Frage stellt. Das Ziel des Verbundvorhabens
bestand darin, ein effektives Antifoulingkonzept für das Gewässermonitoring auf der Basis von
sterisch funktionalisierten Tetraetherlipiden zu entwickeln und praxisorientiert umzusetzen.
Dementsprechend bestand die wissenschaftlichen Zielstellung des Projektes darin, eine Synthese
applikationsspezifischer Tetraetherlipid-Schichten zu entwickeln, die eine sterische Entkopplung der
sensorischen Funktionsflächen vom foulingaktiven Medium erlauben. Des Weiteren zielte die
wissenschaftliche Arbeit auf die Entwicklung und Implementierung eines kolloidchemischen Modells
für die Interpretation und Prognose der initialen bakteriellen Adhäsion auf Substratoberflächen.
Die technische Zielstellung bestand dabei in der Etablierung einer kommerziell einsetzbaren,
effizienten und reproduzierbaren Beschichtungstechnologie auf der Basis von Self-Assembling-
Prozessen der Tetraetherlipide. Die technologische Umsetzung wird ergänzt durch eine
Funktionalisierungschemie basierend auf der Selektion barrierebildender funktioneller Gruppen für die
sterische Entkopplung der Sensoroberflächen.
2 Voraussetzungen, unter denen das Vorhaben durchgeführt
wurde
Im Fokus der Untersuchungen standen die Entwicklung, Validierung und technologische Umsetzung
langzeitstabiler Antifoulingkonzepte für das Gewässermonitoring und die Abwasseranalytik.
Die Lösung der wissenschaftlichen Problemstellung basiert auf der Nutzung von archaealen
Tetraetherlipiden. Diese Moleküle bilden eine ideale chemische Plattform basierend auf einem
kovalent fixierten Spacermolekül mit evolutiv optimierten Eigenschaften und einem hohen Maß an
selektiver Modifizierbarkeit. Im Rahmen der zuvor durchgeführten Arbeiten konnte gezeigt werden,
dass monomolekulare Tetraetherlipid-Schichten für eine kompakte homogene Bedeckung
unterschiedlich strukturierter Substratoberflächen eingesetzt werden können. Es sind Lipidschichten
mit spezifischen Oberflächenparametern technisch realisierbar. Des Weiteren wurde die Modifizierung
der Coatings die Kopplung von Funktionsmolekülen erfolgreich demonstriert. Unterschiedlichste Tests
im Labor und im Feldversuch zeigten eine deutlich reduzierte Biofilmbildung durch verschieden
modifizierte Lipidschichten.
Die Optimierung Tetraetherlipid-basierter Antifoulingkonzepte ist durch verbesserte Eigenschaften und
spezifische flexible Anwendungsmöglichkeiten gekennzeichnet. Angestrebt wurde die technische
Realisierung eines universellen Beschichtungsprozesses für Sensoren, der eine definierte
sensorische Funktionalität möglich macht und gleichzeitig die mikrobiologisch induzierte
Foulingaktivität wirksam unterdrückt. Ein praxisnahes Prognosemodell zur Biofilmsimulation bildet das
wissenschaftlich fundierte Optimierungstool.
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