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Antifoulingkonzepte für Sensoren für das Wassermonitoring durch sterisch optimierte Tetraetherlipid-Coatings PTKA-WTE beschichteten Exemplaren wurde stets mindestens ein unbeschichtetes Vergleichsexemplar gleicher Art beigefügt. Bei den pH-Messketten wurden zur Trennung von Signaländerungen, die aus dem Bewuchs des pH-Glases resultieren von solchen infolge Veränderungen an den Referenzelektroden alle zu vergleichenden pH-Elektroden gegen eine gemeinsame Referenzelektrode geschaltet. Abb. 63: Feldtests an elektrochemischen Sensoren in der Kläranlage Waldheim (links: benutztes Klärbecken, rechts: Messgeber und Messelektronik im Einsatz). Abb. 64: 4-Fach-Messkopf zum vergleichenden Langzeittest unterschiedlich beschichteter pH-Elektroden nach dem ersten Einsatz (3 pH-Elektroden und 1 Referenzelektrode). Als Antifoulingbeschichtungen wurden in Absprache mit MLU und iba die beiden aussichtsreichsten Lipid-Modifikationen CL/PLL-PEG (CPP) und CL/Chitosan (CCS) eingesetzt. In regelmäßigen zeitlichen Abständen (bis Ende Oktober ca. monatlich) wurden die Sensoren visuell auf Bewuchs geprüft. Im Ergebnis dieser ersten Prüfungen konnten bisher noch keine mit bloßem Auge sichtbaren Unterschiede zwischen den be- und den unbeschichteten Sensorexemplaren hinsichtlich Bewuchs und Verschmutzung festgestellt werden. Die Untersuchungen werden fortgesetzt. – <strong>Abschlussbericht</strong> – Seite 64 von 95
Antifoulingkonzepte für Sensoren für das Wassermonitoring durch sterisch optimierte Tetraetherlipid-Coatings PTKA-WTE 6.5 Biofilmsimulation Ziele des Arbeitspaketes - Entwicklung eines Adhäsionsmodells basierend auf der Berücksichtigung thermodynamischer und kolloidchemischer Modellvorstellungen, welches die Beschreibung der initialen bakteriellen Adhäsion erlaubt - Entwicklung eines Biofilmsimulators als eigenständiges Programm mit einer bedienerfreundlichen graphischen Oberfläche - experimentell und theoretisch abgesicherte Bewertung von Lipid-Systemen mit optimalem Antifoulingpotenzial 6.5.1 Prognosemodell iba Theoretische Vorarbeiten Es muss davon ausgegangen werden, dass zwischen zwei sich nähernden Oberflächen bei einem Abstand von wenigen Nanometern in wässrigen Medien, die Grenzflächenenergie wesentlich von Hydrationseffekten bestimmt wird, die in ihrer Intensität die klassischen DLVO-Kräfte deutlich übertreffen können. In der Literatur beschriebene Lösungs- und Quellungsvorgänge bzw. strukturelle Interaktionen gegenüber Wasser sowie Wechselwirkungen, die ihrerseits mit der Affinität gegenüber Wasserstoffbindungen im Zusammenhang stehen, werden in diese Betrachtung einbezogen. Sterische Kräfte resultieren aus Wechselwirkungen, die vorwiegend durch nicht-ionische oberflächenaktive Substanzen und polymere Makromoleküle induziert werden, die zur Kopplung an suspendierte Oberflächen unter Bildung von 10 bis 20 nm dicken Monolayern tendieren. Mit dem Ziel, diese Energieterme in das Prognosemodell für eine Beschreibung der initialen Adhäsion zu integrieren, erfolgte eine entsprechende Recherche verschiedener Modellansätze von Hydratationsphänomenen. Das Fundament der Betrachtungen bildet die Derjaguin-Approximation, mit deren Hilfe die Kalkulation von Wechselwirkungskräften für ein Kugel-Platte-Modell aus der Energie je Flächeneinheit zweier planarer Platten ermöglicht wird. Die Interaktionskräfte, welche Adsorption und Adhäsion im flüssigen Medium zwischen z.B. einem Bakterium sowie einem Substrat definieren, lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Δ G = Δ G +Δ G +Δ G +Δ G ads LW EL AB BR mit ΔG LW als attraktive Lifshitz-van der Waals Kräfte (LW), ΔG EL als repulsive Kräfte der elektrischen Dopplschicht (EL), ΔG AB als Lewis Säure/ Base Wechselwirkung (AB) sowie ΔG BR als Kräfte aus der Braun'schen Bewegung (BR). Die Lewis Säure/ Base Wechselwirkungen (AB) dominieren zu ca. 90% sowohl attraktive als auch repulsive nicht kovalente Interaktionskräfte im Wasser, womit sich obige Gleichung reduzieren lässt zu Δ ≈Δ +Δ LW AB Gads G G Mittels der Etablierung von PEG auf der Oberfläche eines Substrates lassen sich die physikochemischen Eigenschaften dieser Oberfläche modifizieren. In der Abb. 65 sind unterschiedliche Möglichkeiten der Ausbildung von PEG-Ketten auf einem Substrat dargestellt. – <strong>Abschlussbericht</strong> – Seite 65 von 95
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Abschlussbericht 1 gemäß den Nebe
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1 Aufgabenstellung Antifoulingkonze
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Antifoulingkonzepte für Sensoren f
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