Entwicklung eines Online-Multisensor-Systems

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Entwicklung eines Online-Multisensor-Systems

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines semi-autonomen Messsystems zur Vor-Ort Messungen und Erfassung von endokrinwirksamen Substanzkonzentrationen in kommunalen Kläranlagen. Die ansteigende Belastung unserer Gewässer durch unvollständig metabolisierte pharmazeutische oder hormonelle Wirkstoffe, die jährlich in Deutschland ausgeschieden werden, führen zu hohen Belastungen von Kläranlagenzuläufen. In Folge werden durch die unzureichende Eliminierung der hormonell aktiven Stoffe durch die Kläranlagen unsere aquatischen Ökosysteme hohen Belastungen ausgesetzt. Das kann zu weitreichenden Veränderungen von Reproduktion und Entwicklung von aquatischen Bewohnern führen.

Basierend auf den Hefesensoren der new_diagnostics wurde vor vier Jahren vom IPK, QuoData, PROLATEC und der School of Science, University of Canterbury das erste semi-online Messgerät, der EstraMonitor, zur Überwachung der estrogenen Konzentration in Kläranlagen entwickelt. Es stellte sich allerdings heraus, dass die Anzahl der Messkammern und die Dauer der Messung limitierend waren.

Um ein effizienteres und schnelleres Messsystem zu entwickeln, das den Anforderungen der Abwasserindustrie und den biotechnologischen Herausforderungen standhält, haben sich 2011 mehrere Kooperationspartner (QuoData, IUTA, IPK, PROLATEC und MLE) mit der new_diagnostics zusammengetan, um basierend auf dem EstraMonitor eine verbesserte Technologie zu entwickeln.

Um neben den estrogenwirkenden Substanzen auch die Konzentration von pharmazeutischen Metaboliten zu überwachen, wurden drei Biosensoren konzipiert. Alle drei funktionellen mikrobiellen Komponenten basieren auf der rekombinanten Expression von humanen Rezeptoren, die als Produkte der Cytochrom–P450 Oxidase-Gene eine zentrale Rolle in der Metabolisierung von z.B. Arzneimitteln spielen.

Die Erfassung der estrogenen- und androgenen Wirkung von Proben erfolgte basierend auf den genetischen Veränderungen, wie sie für den A-YES® oder A-YAS® beschrieben wurden.

Die Quantifizierung der Spurenstoffe erfolgt mittels amperometrischer Messung. Durch die Substratumsetzung und Oxidierung kann durch den elektrochemisch erzeugten Strom die Enzymaktivität errechnet werden und damit auf die Konzentration der Probe rückgeschlossen werden.

Das Gerät wurde als geschlossene Einheit konzipiert mit automatisierter Probennahme, Mess- und Kalibrierverlauf, Messwertverarbeitung, Messwertbereitstellung und Eigenüberwachung der Gerätefunktionen. Mit den aufgezählten Funktionen kann es standortunabhängig in einem Container betrieben werden.

2018-07-17T10:13:28+00:00