Trinkwasserschutz: Innovatives Sensorsystem ermöglicht schnelle, präzise Echtzeit-Analysen

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelt in einem EU-Projekt eine Methode, um fäkale Verunreinigungen im Trinkwasser schnell und effizient nachzuweisen. Zum Einsatz kommt dabei ein Mini-Sensorsystem, das eine Vor-Ort-Analyse von Wasserverunreinigungen in Echtzeit ermöglicht.

Laut Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) nutzen zwei Milliarden Menschen weltweit Trinkwasser, das mit Fäkalien verunreinigt ist. Auch in Deutschland enthalten 3,6 % der untersuchten Trinkwasserproben diese Keime. Das führt zu erheblichen Gesundheitsrisiken, sozialen und wirtschaftlichen Herausforderungen sowie Umweltproblemen.

Der Zugang zu sauberem, sicherem Trinkwasser ist daher von hoher Bedeutung und auch eines der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen.

Die Analyse der Wasserqualität erfolgt normalerweise durch mikrobiologische Labortests, bei denen Proben kultiviert werden, um das Vorhandensein und die Menge der Bakterien zu bestimmen. Der Nachweis ist sehr zeitaufwendig (oft 18-24 Stunden), teuer und erfordert spezialisierte Labors und Personal. Zudem gibt es keine Möglichkeit, diese Tests direkt vor Ort durchzuführen.

Im interdisziplinären Projekt "Real-time Indication of Faecal Pigments in Freshwater" (RIFF) arbeiten Forscher an einer neuen Methode, die eine schnellere und genauere Überwachung möglich macht. Sie wollen erstmals Fäkalindikatorpigmente (FIPs) für die Wasseranalyse vor Ort verwenden. "FIPs sind chemische Stoffe, die in Fäkalien enthalten sind und als Indikatoren für Verunreinigungen im Wasser dienen können", erklärt Swayam Prakash, PostDoc und Koordinator des Projekts an der BAM.

Das Forschungsteam arbeitet an einem Sensor-Prototyp, der FIPs im Spurenbereich nachweisen kann, also in sehr geringen Konzentrationen. Dazu entwickeln die Wissenschaftler eine spezielle Filtermembran und kombinieren sie mit einem mikrofluidischen Chip. Zur Messung und Auswertung der Ergebnisse soll ein Smartphone dienen. Der Nachweis erfolgt mittels Fluoreszenzverstärkung. Wenn sich FIPs in der Membran anreichern, wird ein stärkeres Fluoreszenzsignal, also ein helleres Leuchten registriert. So kann die Trinkwasserqualität direkt vor Ort in Echtzeit ermittelt werden.

Neben dem Einsatz für Trinkwasserquellen sollen auch Analysen von Badegewässern mit dem Gerät möglich sein. Darüber hinaus soll eine automatisierte Methode entwickelt werden, die Störsignale bzw. Messfehler durch natürliche gelöste organische Materie (DOM), wie beispielsweise Huminsäure, die durch den Abbau von Pflanzenresten entsteht, minimieren.

Das Projekt wird im Rahmen von Horizon Europe durch ein Marie Sklodowska-Curie Postdoc-Stipendium gefördert, das den internationalen Austausch von Wissenschaftlern unterstützt. Die Förderung ermöglicht es Swayam Prakash aus Indien, in den nächsten zwei Jahren an der BAM in diesem Projekt zu forschen.

"Das Marie Sklodowska-Curie Postdoc-Stipendium erlaubt der BAM, herausragende Talente aus der ganzen Welt zu fördern und gleichzeitig einen entscheidenden Beitrag zur Lösung globaler Herausforderungen zu leisten", so Knut Rurack, Leiter des Fachbereichs Chemische und optische Sensorik an der BAM und Mentor des Stipendiaten.

Quelle: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)