Micro Trinkwasser Analyse Sensor

Wasser ist das wichtigste Lebensmittel, es kann nicht ersetzt werden (Eingangs- und Leitsatz der DIN 2000). Leider kann es vorkommen, dass unser Trinkwasser hohe Konzentrationen von bedenklichen Stoffe enthält. Einige Stoffe sind z.B. Herbizide (Glyphosat), Rückstände von Medikamenten, Arsen, Blei, Lösungsstoffe oder Keime. Letztere können durch Unfälle oder Naturkatastrophen, wie Hochwasser, ins Grundwasser gelangen. Um die Trinkwasserqualität sicherzustellen, entnehmen Wasserversorger händisch Proben aus ihren Speichern und analysieren diese in Laboren. Zwischen der Entnahme und der eventuellen Absperrung von kontaminierten Wasser verstreicht jedoch kostbare Zeit. Zudem verursacht die manuelle Analyse der Stichproben hohe Kosten. Wasserverschmutzung durch die Landwirtschaft Pflanzen benötigen zum Wachsen Nährstoffe, wie z.B. Stickstoff oder Phosphorverbindungen. Diese Nährstoffe werden durch Düngung auf landwirtschaftlichen Flächen aufgebracht. Durch Überdüngung besteht die Gefahr, dass Nährstoffe an der Oberfläche durch Regen abgespült werden oder durch Versickerung ins Grundwasser gelangen. Stickstoff kann in den tieferen Bodenschichten durch Bakterien in Nitrat umgewandelt werden. Einmal im Trinkwasser ist Nitrat besonders schädlich für Säuglinge. Wasserverschmutzung durch die Industrie Durch die Luftverschmutzung von Industrieanlagen bilden Schwefel- und Stickstoffoxide mit Wasser Säuren, die zu saurem Regen führen. Zudem löst saures Wasser giftige Aluminiumionen aus dem Boden. Diese dringen wiederum durch Oberflächenwasser ins Grundwasser ein. Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines vernetzbaren intelligenten Sensorsystems welches mittels des Prinzips der Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) in der Lage sein soll, Änderungen der chemischen Zusammensetzung von Trinkwasser zu verfolgen. Bislang wird die SPRTechnologie aufgrund ihrer Vorzüge der zerstörungs- und markierungsfreien Messung sowie der extremen Sensitivität sehr erfolgreich im Labormaßstab (Bioanalytik und Wirkstoffscreening) eingesetzt. In diesem Vorhaben sollen diese Vorteile auf ultrakompakte Sensoren übertragen und so die SPR-Technologie für eine Vielzahl von Sensorkonzepten zugänglich gemacht werden. Zudem kann die neue Technologie kleinere und kostengünstigere Systeme ermöglichen. Durch ein modulares Sensorsystem soll ein kompakter, intelligenter Sensor, der innovative Auswertealgorithmen und eine Vielzahl von Schnittstellenerweiterungen (z.B. Vernetzbarkeit, Selbstdiagnose usw.) kombiniert entstehen. Durch Modifikationen ist der Sensor theoretisch in der Lage nahezu alle Stoffe in Flüssigkeiten zu detektieren, für die ein Rezeptor existiert. Durch die Kombination von Nanohole Arrays und Graphene wird die Sensitivität verbessert. Am Ende des Projektes soll ein intelligentes mikro-opto-elektro-mechanisches System (MOEMS) entstehen. Dies stellt einen Demonstrator dar, der aufzeigt wie künftig SPR-Sensoren gestaltet werden können um die Technologie für kleinere und kostengünstigere Sensoren einzusetzen. Der im Projekt gefertigte Demonstrator soll seine Leistungsfähigkeit anhand der Analyse von Trinkwasser beim Projektpartner zeigen. Bei den Trinkwasserversorgern dauern Analysen von chemischen Parametern wie z.B. Schwermetalle, Pestizide oder Hormone zwischen 7-14 Tagen. Bei aufwändigeren Analysen sogar noch länger. Die größte Innovation im Forschungsvorhaben soll darin bestehen das Trinkwasser mit Hilfe der Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie in Echtzeit und inline zu analysieren. Darüber hinaus ergibt sich durch die Vernetzbarkeit der Sensoren die Möglichkeit einer lückenlosen Überwachung der Trinkwasserversorgung. Bei Unfällen, Terroranschlägen oder durch Verunreinigungen des Trinkwassers durch Überschwemmungen oder Hochwasser kann sofort auf die Gefahr reagiert werden.

Datum 1. 9. 2017 - 30. 11. 2020
Länderkürzel DE
Name der begünstigten Einrichtung Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
Projektleitung Fakultät Angewandte Natur- un d Kulturwissenschaften
Verknüpfung www.oth-regensburg.de
Förderrahmen & Förderprogramm Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, ELSYS Bayern
Ikona

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