Fortschritte bei der mikrobiologischen Wasserqualitätskontrolle mit ECOPLAS: Schneller E. coli-Nachweis vor Ort:
Die mikrobiologische Wasserqualitätskontrolle in Echtzeit ist kein fernes Ziel mehr. Kulturbasierte E. coli-Tests dauern in der Regel 24–72 Stunden, was zeitnahe operative Entscheidungen verhindert. Aus diesem Grund entwickelt das ECOPLAS-Projekt ein kompaktes Vor-Ort-Messsystem zum Nahe-Echtzeit-Nachweis von E. coli in Süßwasser, das für Anwendungen wie Wasserwiederverwendung, landwirtschaftliche Bewässerung, Badegewässerüberwachung und Rohwasserüberwachung vorgesehen ist. Das Gerät ist für den automatisierten Betrieb (Probenahme, Messung, Regeneration, Reinigung) konzipiert und kann als tragbares Gerät, Tischgerät oder fest installierte Station, einschließlich Fernbetrieb, eingesetzt werden.
Das System kombiniert einen plasmonischen Sensor mit Fluoreszenzauslesung, um sowohl die E. coli-Konzentration als auch die Zellviabilität innerhalb desselben Zyklus zu messen, ohne Kultivierungsschritte oder Stoffwechselassays. Sein Kern ist eine Anordnung von winzigen Säulen im Nanomaßstab, die mit einer dünnen Goldschicht beschichtet sind; wenn Licht Oberflächenplasmonen anregt, verschiebt die Bindung von E. coli an mit Antikörpern funktionalisierte Oberflächen die Resonanzwellenlänge proportional zur Konzentration. Fluoreszenzfarbstoffe zeigen dann die Membranintegrität an, um intakte von nicht intakten Zellen zu unterscheiden, was eine Beurteilung der Desinfektion ermöglicht. Die integrierte Probenvorbereitung kann an die Wasserqualität angepasst werden, und der Betrieb kann automatisch mit einstellbaren Messzyklen erfolgen, einschließlich externer Auslösung (z. B. Trübung).
GeSiM liefert die Prozess- und Mikrosystemtechnik, die den Laborsensor-Prototyp in ein funktionsfähiges, einsatzbereites Modul verwandelt, das für die Integration, Validierung und Feldtests bereit ist. Zum ECOPLAS-Konsortium gehören außerdem das Fraunhofer IKTS, das Institut für Hygiene und Public Health (Universitätsklinikum Bonn), die Dresden Elektronik Ingenieurtechnik GmbH, die ECH Elektrochemie Halle GmbH (Systemintegration), die Emscher Wassertechnik GmbH, der Abwasserverband Braunschweig und das ISOE – Institut für sozial-ökologische Forschung.
Der angestrebte Messbereich für E. coli liegt bei etwa 10–10.000 KBE/100 ml, mit einer angestrebten maximalen Messunsicherheit von 10 %, um die Überwachung im Rahmen gesetzlicher Vorgaben (z. B. EU 2020/741, 2006/7/EG) zu unterstützen. Ab Ende 2026 sind mehrmonatige Demonstrationskampagnen in der Kläranlage Braunschweig Steinhof in der Nähe der UV-Desinfektionsstufe sowie bei der Flussüberwachung mit der Emschergenossenschaft/dem Lippeverband geplant, einschließlich der Erforschung von UV-Steuerungskonzepten auf Basis von Rest-E. coli. Ein ECOPLAS-Anwenderdialog im Frühjahr/Sommer 2026 lädt Praktiker ein, dabei zu helfen, Handhabung, Prozesse und Anwendungskontexte an den tatsächlichen Bedürfnissen auszurichten.
Laura Backes et.al: ANALYTIK Messsystem Entwicklung eines Online-Messgeräts zur Nahe-Echtzeit-Detektion von E. coli vor Ort
Laufzeit: 01.11.2024 – 31.10.2027
Umfang: 2,84 Mio EUR