Nanosonden auf Bakterienjagd

Neue Hightech-Strategie Nanosonden auf Bakterienjagd

Erdbeben, Überschwemmungen, Dürreperioden, Anschläge: Bei Katastrophen bricht oft auch die Trinkwasserversorgung zusammen. Umso wichtiger sind zuverlässige und schnelle Analyseverfahren zur Wasserqualität: Thema von Forschungen der Hightech-Strategie, Zukunftsaufgabe "Zivile Sicherheit".

Trinkwasserverteilung

Das deutsche THW verteilt sauberes Trinkwasser

Foto: thw.de

Ist das Trinkwasser in einer Katastrophenregion durch Schad- oder Giftstoffe verunreinigt, finden sich Krankheitserreger im Wasser? Um dies zu analysieren, bedarf es momentan aufwändiger Laboranalyen. Der Nachweis von Bakterien gelingt nur durch laborbasierte Tests, bei denen sie vermehrt werden und dann anhand des Wachstums auf die Belastung geschlossen werden kann. Das dauert in der Regel mehrere Tage. Viele Giftstoffe und Viren sind im Trinkwasser nur mit großem technischem Aufwand festzustellen oder dadurch, dass die Reaktion von Organismen auf die Stoffe analysiert wird. Auch dies ist selten in wenigen Stunden zu schaffen.

Zeit ist knapp

Bei einer großen Naturkatastrophe oder einem terroristischen Anschlag fehlt diese Zeit jedoch. Derzeit gibt es nahezu keine geeigneten mobilen Schnelltestverfahren, mit denen sich Verunreinigungen mit Krankheitserregern oder Giftstoffen im Trinkwasser in kurzer Zeit am Ort nachweisen lassen.

Das Bundesforschungsministerium fördert daher einen Forschungsverbund, der ein neuartiges mobiles Analysesystem entwickeln möchte. Mit ihm sollen solche Verunreinigungen im Trinkwasser untersucht werden können. Im Projekt AquaNANO arbeiten das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME), das Peter Grünberg Institut des Forschungszentrums Jülich und die Firma Digital Biomedical Imaging Systems AG zusammen mit Technischem Hilfswerk, Gesundheitsamt, den Stadtwerken Aachen sowie dem Aachener Institut für Wasser- und Abwasseranalytik.

Winzige Teilchen

Die Idee basiert auf der Nanotechnologie, also auf Verfahren, die mit winzigen, nur einige Nanometer großen Teilchen arbeiten. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. Im Projekt werden chemisch vorbehandelte magnetische Nanoteilchen, so genannte Nanosonden, verwendet. Sie werden mit speziellen Antikörpern beschichtet, die Krankheiterreger erkennen können. Sie verhalten sich somit ähnlich wie unsere Immunzellen im Körper, die gezielt Krankheitserreger erkennen und mit Antikörpern markieren. Die Nanopartikel fangen die Krankheitserreger. Sie sorgen so dafür, dass die nachzuweisenden Stoffe und Keime aus dem zu untersuchenden Trinkwasservolumen abgetrennt und konzentriert werden.

Prinzip AquaNANO.jpg

So funktioniert die Trinkwasseranalyse

Foto: Fraunhofer IME/Schröper

Welche Stoffe die Nanosonden binden, soll sich dann in einer völlig neuen magnetischen Nachweismethode relativ einfach und schnell feststellen lassen. Dabei hilft, dass sich die magnetisch herausgefischten Teilchen in einem mobilen Analysegerät nachweisen und untersuchen lassen. Dies könnte innerhalb weniger Minuten gelingen. Gleichzeitig sollen die Ergebnisse Aufschluss über die Ursache der Verunreinigung geben. Das notwendige Gerät kann von Hilfsorganisationen direkt am Ort eingesetzt werden.

Hochwasserkatastrophen auch bei uns

Wenn wir an Katastrophen denken, brauchen wir gar nicht in die Ferne zu schauen. Bei Hochwasserereignissen in Deutschland wird zunächst einmal die Wasserversorgung eingestellt. Da die Analyse dann sehr lange dauert, kommt für die Betroffenen zur Überschwemmung auch noch der Mangel an Trinkwasser hinzu. Je schneller also eine Analyse gelingt, desto schneller ist die Versorgung wieder gewährleistet.

Denkbar ist auch, dass das neue Verfahren sich als geeignet erweisen könnte, das Trinkwasser dauerhaft auf Schadstoffe zu untersuchen. Unser Trinkwasser ist bekanntlich das am besten überwachte Lebensmittel überhaupt. Der Aufwand ist allerdings aufgrund der langwierigen Laboruntersuchungen recht hoch. Im Erfolgsfall könnte das neue Verfahren auch hier eine Beschleunigung und Vereinfachung der Analytik ermöglichen.

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