Wasser oder Luft: Zellen erkennen Verschmutzung

11.04.2008

Mit der Entwicklung von Zellsensoren sind Siemens Forscher auf dem Weg, Frühwarnsysteme für verschmutztes Wasser oder auch schlechte Luft zu entwickeln. Derzeit konzentriert sich ein Team von Siemens Corporate Technology (CT) in München und das Biotech-Unternehmen Bionas in Rostock auf die Entwicklung von ausgesuchten Zellkulturen auf Silizium-Chips. Zellsensoren sind dafür ideal, weil sie auf Veränderungen ähnlich wie ein lebender höherer Organismus mit einer Veränderung ihres Stoffwechsels reagieren. Der Chip als Signalumwandler kann diese Informationen sogleich in eine übergeordnete Prozesskontrolle einspeisen und Maßnahmen einleiten, um die gefährdete Wasserqualität wiederherzustellen.

In vielen Kläranlagen ist bis heute ein Forellenteich oder ein Test mit Wasserläufern der eindeutige Indikator, ob das Klärwerk einwandfrei arbeitet, oder ob der chemische Prozess Mängel aufweist. Die seit 2003 geltende Trinkwasserverordnung sieht vor, dass Grenzwerte und Anforderungen für das Trinkwasser sehr viel präziser eingehalten werden müssen als früher, damit zu keiner Zeit eine Gefährdung der menschlichen Gesundheit besteht. Umso wichtiger ist ein Frühwarnsystem, das sehr schnell und unkompliziert eine Verschlechterung der Wasserqualität anzeigen kann und damit Gegenmaßnahmen möglich macht.

Die Forscher von CT arbeiten an der optimalen Aufbringung der Zellen auf den Silizium-Chip, denn die Zellen sollen etwa zwei Monate auf dem Chip leben und haften bleiben. Während dieser Zeit werden die Zellen mit einer flüssigen Nährlösung umspült, der kontinuierlich Wasserproben zugeleitet werden können. So kommen die Zellen ständig in Kontakt mit möglichen schädlichen Substanzen. Drei zelluläre Reaktionen werden von dem Silizium-Chip ausgewertet: die Atmung, der Stoffwechsel und die Formveränderung. Diese werden anschließend von drei unterschiedlichen Elektrodentypen ausgelesen. Besonders geeignet für Zellsensoren sind Leberzellen, die als Zelllinien von einer Zelldatenbank bezogen werden.

Das Einsatzgebiet der Zellsensoren soll eine breite Anwendung in der Umweltmesstechnik finden: Neben mangelnder Wasserqualität und schlechter Luft in klimatisierten Räumen gehören auch Gift- oder Gefahrstoffe in öffentlichen Einrichtungen zu den Einsatzgebieten. Schon recht konkret sind die Entwicklungen der Sensorenentwickler für die Gebäudetechniker rund um die Thematik "Green Building", in dem es um die möglichst umweltschonenden Reinigungsprozesse innerhalb von Großgebäuden geht.

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