BioTracker

Optischer Sensor zur Inline-Überwachung der Biofilmbildung in Wasserinstallationen

Motivation und Ziele des Projekts:

Wasserleitungen, die zur Verteilung und Kühlung sowie für die industrielle Produktion verwendet werden, können von der Bildung mikrobieller Biofilme betroffen sein. Diese können die Korrosion und Verstopfung der Rohre verstärken, deren Lebensdauer und Effizienz verringern, die Eigenschaften des Wassers oder der Produkte verändern sowie als Gefahrenquelle für pathogene Mikroorganismen wirken. Daher führt die Bildung dieser Biofilme zu wirtschaftlichen Verlusten und einem erheblichen Risiko für die öffentliche Gesundheit. Um diese Probleme im Zusammenhang mit der Wasserverteilung zu mindern, wird der Zweck dieses Postdoc-Aufenthaltes die Entwicklung eines multimodalen spektroskopischen Systems sein, das in der Lage ist, verschiedene Parameter der Biofilmbildung wie Dicke, Morphologie oder Zusammensetzung in-line und in Echtzeit zu überwachen.

Methode:

Aufgabe 1: (Entwicklung an der Hochschule Reutlingen im Zeitraum 01.01.2022 - 31.12.2023): Charakterisierung kontrollierter Proben verschiedener Biofilmtypen, um Erkenntnisse über verschiedene Parameter der Biofilmbildung zu gewinnen. Die Charakterisierung erfolgt zunächst mit Laborgeräten, die den Einsatz verschiedener spektroskopischer Techniken ermöglichen und Informationen über verschiedene Parameter des Biofilmwachstums liefern. Mittels forward scattering wird die Dicke des Biofilms überwacht. Wenn der Biofilm wächst, nimmt die Intensität des gesammelten Lichts ab, wodurch halbquantitative Informationen über die Menge des in den Rohren vorhandenen Biofilms bereitgestellt werden. Zum anderen erfolgt die Charakterisierung der Biofilmzusammensetzung durch Messung der Absorptions- und Streuspektren. Mittels morphologischer Analyse und chemischer Analyse verschiedener in den Bakterien vorhandener Pigmente können diese identifiziert werden. Zusätzlich könnten auch Autofluoreszenzmessungen durchgeführt werden, die zu einer besseren Identifizierung der Bakterien beitragen würden.

Aufgabe 2: (Entwicklung an der Autonomen Universität Barcelona im Zeitraum 01.01.2024 - 31.12.2024): Wir werden versuchen, das während des Studiums an der Universität Reutlingen erworbene Wissen auf das Design und die Herstellung zu übertragen und Testen eine System, das inline implementiert und mit Proben realerer Biofilme getestet werden kann.

Einfluss der Tätigkeiten auf die Entwicklung als Forscher:

Dieses Postdoc-Stipendium könnte eine großartige Gelegenheit sein, mein Wissen in der Entwicklung von Geräten zur Überwachung der mikrobiellen Wasserqualität zu erweitern. Einerseits würde ein Aufenthalt in der Forschungsgruppe von Dr. Marc Brecht dazu beitragen, mein Wissen in der optischen Detektion zu erweitern, da sie sowohl Experten in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten Forschung in hochauflösenden mikrospektroskopischen Techniken wie der Raman-Spektroskopie oder in der hyperspektralen Bildgebung sind der UV-Bereich, der es erlauben würde, die Erzeugung von Biofilmen in Absorptionsbereichen zu analysieren, nicht nur im sichtbaren Spektrum, sondern auch außerhalb davon. Andererseits verfügt die Mikrobiologie-Gruppe von Professor Jordi Mas über umfangreiche Erfahrung in der Untersuchung der Biofilmbildung. Daher könnte die Kombination des in beiden Gruppen erworbenen Wissens ideal für die Entwicklung eines optischen Sensors sein, der in Wassernetzwerken implementiert werden kann, um die Biofilmbildung zu überwachen.