Abschlussbericht

Antifoulingkonzepte für Sensoren für das Wassermonitoring durch sterisch
optimierte Tetraetherlipid-Coatings
PTKA-WTE
IOM
Die IOM GmbH möchte die Ergebnisse und Erfahrungen des Forschungsvorhabens dazu nutzen,
neue Marktsegmente im Bereich Gewässermonitoring und Antifouling-Strategien zu erschließen. Die
Basis dafür bildet die langjährige Erfahrung des Unternehmens bei der Detektion der uv-induzierten
Autofluoreszenz biologisch aktiver Proben, die bislang erfolgreich insbesondere in der medizinischen
Forschung aber auch in der Biotechnologie Anwendung gefunden hat. Mit dem Produkt LF402
Metabolic steht ein hochempfindliches und Prozess-taugliches Online-Fluorimeter zur Verfügung. Von
besonderer Bedeutung ist außerdem das Know-how bei der Entwicklung Applikations-spezifischer
faseroptischer Sonden bzw. Sensoren.
Durch eine geeignete Antifouling-Beschichtung der faseroptischen Sonden besteht daher die
Möglichkeit, die attraktiven Eigenschaften des Produkts LF402 Metabolic wie außerordentlich hohe
Empfindlichkeit, selektive Erfassung Bioaktivitäts-bezogener Fluoreszenz und Robustheit mit
herausragenden Sondeneigenschaften wie einer langen Standzeit und hohen Flexibilität zu verbinden.
Die Ergebnisse der Sensorentwicklung und -charakterisierung haben gezeigt, dass eine sensitive
Erfassung eines Biofilms möglich ist. Hier werden weitere Anstrengungen unternommen, um das
Verfahren in Richtung eines Online-Biofilm-Monitorings weiter zu entwickeln. Damit besteht die
Möglichkeit, im industriell sehr bedeutsamen Bereich der Entwicklung von Antifouling-Strategien ein
objektives und sehr sensitives Verfahren anbieten zu können und Marktanteile zu erlangen.
Eine weitere Möglichkeit der Nutzung der Ergebnisse des Verbundvorhabens besteht darin, dass die
Tetraehterlipid-Technologie eine Basis für das definierte Beschichten optisch aktiver Flächen darstellt,
die so mit gezielten Eigenschaften versehen werden können (Polarität, Hydrophobizität). Diese
Erfahrungen und Technologien, die bei den Verbundpartnern etabliert sind, können in zukünftige
Entwicklungen von analytischen Messinstrumenten einfließen, die derzeit noch nicht absehbar sind.
STM
In der Oberflächen- und Grundwasserüberwachung, der Abwasseraufbereitung und insgesamt im
Umweltmonitoring sind eine Vielzahl charakteristischer chemischer und physikalischer Parameter zu
erfassen und teilweise zur Steuerung und Regelung von Prozessen zurückzuführen. Dem Vorteil der
zeitnahen Erfassung dieser Parameter durch Online-Messtechnik stehen als Nachteil die mit dem
Dauereinsatz in Wasser verbundenen Ablagerungen biologischer Substanzen auf den Sensoren
gegenüber, die bis hin zur Biokorrosion führen können und einen wesentlichen Einflussfaktor auf
deren Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit darstellen. Der beim bisherigen Stand der Technik
notwendige Wartungsaufwand für Reinigung und Kalibrierung von elektrochemischen Sensoren ist für
die Betreiber von Kläranlagen und Wassergüte-Messstationen ein entscheidender Kostenbeitrag, der
die Investitionskosten teilweise erheblich übersteigt, qualifiziertes Personal erfordert und in vielen
Fällen zum vorzeitigen Ausfall der Sensoren führt. Erklärtes Ziel der Sensortechnik Meinsberg GmbH
war es deshalb im Rahmen dieses Verbundprojektes eine in der Praxis wirksame
Antifoulingbeschichtung für eine Anzahl unterschiedlicher elektrochemischer Sensoren in Kooperation
mit den Verbundpartnern zu entwickeln. Diese Beschichtung sollte auf optimierten Tetraetherlipiden
basieren. Außerdem sollte die Immobilisierung dieser Lipide auf den Sensoroberflächen technologisch
entwickelt werden.
Nach Abschluss des Projektes liegen zahlreiche Versionen modifizierter Tetraetherlipide sowie
Verfahren zu Ihrer Abscheidung auf den Oberflächen unterschiedlicher Materialien vor. Für mehrere
davon konnte gezeigt werden, dass ihr Aufbringen die wesentlichen Messeigenschaften der hier
untersuchten elektrochemischen Sensoren nicht oder nur unwesentlich beeinflussen. Allerdings hat
sich auch gezeigt, dass eine deutliche Verbesserung der bewuchshemmenden Eigenschaften der
– Abschlussbericht – Seite 87 von 95