Klares Wasser, reine Luft: Optische Methoden sichern die Umweltqualität

17.09.2008 - Deutschland

Kaum etwas anderes ist für die Gesundheit des Menschen so wichtig, wie saubere Luft und unbelastetes Wasser. Verunreinigungen schnell aufzuspüren und deren Ursachen zu klären ist deshalb entscheidend für die Sicherung der Umweltqualität. Hier bieten optische Technologien neue Möglichkeiten.

Bei der Identifizierung von Bakterien kommt es darauf an, möglichst schnell über zuverlässige Ergebnisse zu verfügen. Die klassische Mikrobiologie, die mit einer mehrtägigen Kultivierung von Proben in Petrischalen arbeitet, kann hier nicht mithalten. Neuere genetische Methoden, die zum Beispiel auf einer Vervielfältigung von spezifischen vorher ausgewählten Erbgut-Fragmenten beruhen, machen es erforderlich, dass die Forscher im Vorfeld der Analyse wissen, nach welchen Bakterien sie suchen.

Im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts "OMIB" haben Forscher in den vergangenen fünf Jahren die Grundlagen für einen schnellen Vor-Ort-Monitor erforscht, der sich gegenüber den genannten Verfahren dadurch auszeichnet, dass er innerhalb einer Sekunde ein einzelnes, auch bisher unbekanntes Bakterium auf Stammebene charakterisieren kann, ohne dass irgendwelche Vorannahmen erforderlich wären.

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Das Gerät basiert auf einer Kombination der Raman-Spektroskopie mit einem Bildanalyse-Verfahren. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass jedes Molekül einfallendes Laserlicht in ganz spezifischer Weise streut. Somit erhält man einen unverwechselbaren "molekularen Fingerabdruck" für jede Mikrobe, die per Mustererkennung ausgewertet wird. Nach Angaben der an dem Verbund beteiligten Berliner Firma rap ID wird der Monitor noch in diesem Jahr auf den Markt kommen.

Auch ein anderes Verbundprojekt kann in diesem Jahr bereits ein fertiges Produkt vorweisen, das für viele Menschen eine große Erleichterung bringen wird. Der Bioaerosolmonitor MICROBUS ist aus dem BMBF-Verbund "Omnibuss" hervorgegangen und liefert den rund 12 Millionen Pollenallergikern in Deutschland zuverlässigere Pollenflugvorhersagen, so dass sie rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen können. "Omnibuss" war im Jahr 2003 gestartet und bringt nun mit MICROBUS einen automatischen Pollenmonitor auf den Markt, der die mikroskopische Auswertung der gesammelten Pollen mit einem komplexen Bilderkennungsverfahren kombiniert und so nicht nur die Art der Pollen oder Sporen erkennt, sondern auch Rückschlüsse auf deren Konzentration in der Luft zulässt.

Doch nicht nur biogene Verunreinigungen der Luft wie Bakterien oder Pollen stellen ein Problem dar, sondern auch die Belastung durch Feinstaub. Im ebenfalls im Rahmen des BMBF-Forschungsschwerpunktes Biophotonik geförderten Projektes "Monet" soll deshalb ein Vor-Ort-Detektor entstehen, der die Feinstaubbelastung schnell erfasst und typischen Emissionsklassen zuordnet.

Das Projekt "OptoZell" wiederum beschäftigt sich mit mikrobiologischen Verunreinigungen in Rein- und Trinkwasser. Mit Hilfe des in diesem Rahmen erforschten opto-sensorischen Schnelltestsystems werden Betreiber von Wasserverteilungs- und -aufbereitungsanlagen sowie von Wasserspeichern umgehend auf Verschmutzungen reagieren und Ausfallzeiten vermeiden können.

Die genannten Projekte präsentieren neben anderen ihre aktuellen Forschungsergebnisse in Vorträgen und im Rahmen einer Ausstellung auf dem Symposium "Photonics meets Life Sciences" vom 22. bis 25.September 2008 in Jena. Thematische Schwerpunkte sind neben der Überwachung der Luft- und Wasserqualität die Krebsfrüherkennung, neue Ansätze in der Untersuchung von Hautkrankheiten sowie ein besseres Verständnis von Lebensprozessen auf zellulärer und molekularer Ebene.

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