Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Winzigen "Einzeltätern" auf der Spur

14.03.2005


Erfolgreiche Kooperation von Jenaer Wissenschaftlern mit der Industrie. Neues Verfahren zur raschen Erkennung von Verunreinigungen in Reinräumen.



In einer erfolgreichen Zusammenarbeit mit der Industrie haben Prof. Dr. Jürgen Popp und seine Mitarbeiter vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Jena die Grundlagen für eine neuartige Technologie erforscht und umgesetzt, die gefährliche Keime in der Luft oder im Wasser vor Ort und ohne Zeitverlust erkennen kann. In Kooperation mit der Universität Freiburg, der Berliner Schering AG und den Firmen Kayser-Threde GmbH (München) und rapID Particle Systems GmbH (Berlin) entstand ein Gerät, das Luftverunreinigungen schnell und eindeutig identifizieren kann.



Verschiedene Bakterienarten rasch unterscheiden

Die wissenschaftlichen Grundlagen für diese technische Innovation wurde von den Jenaer Forschern jetzt in der neuesten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Applied Enviromental Microbiology" veröffentlicht. Darin beschreiben die Physikochemiker eine spezielle Spektroskopiemethode zur Unterscheidung und Identifizierung einzelner Bakterienzellen, die z. B. als Verunreinigung in Reinräumen in der Lebensmittel- oder Medikamentenproduktion großen Schaden anrichten können. "Wir sind mit dieser Methode und deren computergestützter Auswertung in der Lage, verschiedene Bakterienarten mit einer Trefferquoten von bis zu 93 Prozent zu unterscheiden", berichtet Dr. Petra Rösch aus der Arbeitsgruppe von Prof. Popp.

Bakterien sind allgegenwärtig - auf unserer Haut, auf Oberflächen, im Boden, in Lebensmitteln und in der Raumluft. Da sie sehr klein sind, nehmen wir sie in der Regel nicht wahr - es sei denn, sie lösen zum Beispiel bei Lebensmitteln einen Fäulnis-Prozess aus oder führen beim Menschen zu einer Krankheit wie etwa einer Blasen- oder Lungenentzündung. Während wir also im Großen und Ganzen mit den Winzlingen leben können, gibt es Bedingungen, in denen schon die Anwesenheit mikrobieller "Einzeltäter", also einzelner Bakterienzellen fatal ist, zum Beispiel in Operationssälen oder Reinräumen. Dort darf die Luft keinerlei Verunreinigungen enthalten, weder Staub noch Keime wie Bakterien oder Pilzsporen. Dennoch können solche Verschmutzungen auftreten - so gelangen durch Abrieb feinste Metall- oder Kunststoffteilchen in die Luft oder Mitarbeiter tragen trotz spezieller Kleidung Haar- oder Hautpartikel in den Raum. Diese schnell und eindeutig zu identifizieren ist von entscheidender Bedeutung: Nur so kann die Quelle der Verunreinigung zeitnah gefunden und das Problem rasch gelöst werden. Ein teurer Produktionsausfall kann so vermieden werden.

Fingerabdruck mit Raman-Spektroskopie

"Bisher konnte man Bakterien meist nur nach einer Kultivierung auf Nährböden unterscheiden", erläutert Prof. Popp. "Das nahm mindesten einen, in der Regel aber mehrere Tage in Anspruch". In seiner Arbeitsgruppe wird dagegen die nach einem indischen Physiker benannte Raman-Spektroskopie verwendet. Sie beruht auf der Wechselwirkung von Licht und Materie: Bestrahlt man Moleküle mit Licht, so wird dieses in ganz charakteristischer Weise gestreut. Man erhält so Informationen über die Schwingungen eines Moleküls, deren Streuungsmuster eine Art Fingerabdruck liefern, der eindeutig dem Molekül zuzuordnen ist. Da jede Bakterienoberfläche eine ganz spezielle Zusammensetzung hat, kann man mit Raman-Spektroskopie auch "Fingerabdrücke" der Mikroben erhalten. "Die Unterschiede sind allerdings so gering, dass die Spektren nicht mit bloßem Auge ausgewertet werden können", betont Dr. Rösch.

Datenbank mit "Täterprofilen"

Hier kommen die Wissenschaftler vom Lehrstuhl für Mustererkennung und Bildverarbeitung der Uni Freiburg ins Spiel. Sie haben eine computergestützte Rechenmethode, die normalerweise dazu verwendet wird, von Sicherheitskameras aufgezeichnete Fotos zu analysieren, an die speziellen Anforderungen der Spektrenauswertung angepasst. Mit ihrer Hilfe können nach den Prinzipien der Mustererkennung die einzelnen Spektren einer Bakterienart zugewiesen werden. "Allerdings müssen wir dazu den Computer erst einmal mit einer großen Menge Daten füttern, damit er Vergleichsmöglichkeiten hat", erläutert Dr. Rösch. "Denn die Bakterien können sich geringfügig verändern, je nachdem, auf welchen Nährböden und bei welcher Temperatur sie wachsen." Langfristiges Ziel der Arbeiten ist der Aufbau einer Datenbank, in die Spektren möglichst vieler unter unterschiedlichen Bedingungen gewachsener Organismen eingehen. "Dann werden Probennahme, Spektroskopievorgang und Auswertung direkt vor Ort stattfinden können", betont Rösch.

Testung geplant

Ab kommenden Frühjahr wird die Berliner Schering AG die Methode in ihren Reinräumen testen. Das entsprechende Gerät haben die Firmen Kayser-Threde GmbH (München) und rapID Particle Systems GmbH, Berlin, gebaut und in enger Abstimmung mit den Wissenschaftlern in Jena und Freiburg weiterentwickelt. "Dies ist ein Beispiel für eine äußerst gelungene Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie", freut sich Prof. Dr. Jürgen Popp, "und dafür, wie anwendungsorientiert Grundlagenforschung sein kann." Das Gerät wird ab morgen abend auf dem Symposium "Struktur und Dymanik biologischer Zellen mit optischen Methoden auf der Spur" auf dem Campus am Ernst-Abbe-Platz der Öffentlichkeit vorgestellt.

Die Untersuchungen fanden im Rahmen des Projektes "OMIB" ("Online Monitoring und Identifizierung von Bioaerosolen") statt, das Teil des bundesweiten Forschungsschwerpunktes Biophotonik ist. In diesem vom Bundesforschungsministerium (BMBF) und dem Verband Deutscher Ingenieure (VDI) geförderten Schwerpunkt arbeiten zahlreiche Wissenschaftler aus Forschung und Industrie an innovativen optischen Technologien zur Lösung aktueller Probleme aus Medizin, Biotechnologie und Umweltwissenschaften.

Kontakt:
Dr. Petra Rösch und Prof. Dr. Jürgen Popp
Institut für Physikalische Chemie der Universität Jena
Tel.: 03641/ 948381
Fax: 03641/ 948302
E-Mail: juergen.popp@uni-jena.de

Susanne Liedtke | idw
Weitere Informationen:
http://www.biophotonik.org

Weitere Berichte zu: Bakterienart Bakterium Molekül Reinräume Spektren Verunreinigung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen
16.08.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Geographie verrät das Alter von Viren
16.08.2017 | Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie