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Vorkoster für Trinkwasser läuft vollautomatisch

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Der Labordemonstrator kann Wasserproben im Rhythmus von 15 Minuten untersuchen. Das System schlägt auf mehr als 100 Giftstoffe wie Insektizide oder chemische Kampfstoffe an. Herzstück ist ein Biosensor, der die Aktivität spezieller Enzyme misst.

Die Signalübertragung erfolgt dabei elektrisch, was das System schnell, sehr empfindlich und robust macht. Derzeit werden erste Gespräche geführt, den Demonstrator zu einem marktreifen Produkt weiterzuentwickeln.

Zur Überwachung des Trinkwassers werden heute oft Fische eingesetzt. Falls diese verhaltensauffällig werden, wird das Wasser eingehend untersucht. Etwa jede Woche machen Labormitarbeiter zusätzlich eine ausführliche Analyse auf Toxine. Das System von Siemens hingegen zweigt kontinuierlich eine Probe aus der Trinkwasserleitung ab und testet sie auf Schadstoffe. Dazu braucht es kein Fachpersonal.

Das System verwendet das Enzym Acetyl-Cholin-Esterase (AchE), das bei der Übertragung von Nervenreizen eine Schlüsselrolle spielt und damit unmittelbar Auskunft geben kann, ob eine Wasserprobe auch in den menschlichen Stoffwechsel eingreifen würde. Gemessen wird, ob die Aktivität des Enzyms beeinflusst wird. Dazu haben die Forscher das Enzym auf einem Chip fixiert.

Solange kein Giftstoff vorhanden ist, verfügt das Enzym über maximale Aktivität. Diese erzeugt über eine Reaktionskette einen elektrischen Strom. Falls Giftstoffe wie organische Phosphate, Carbamate oder Nervengase in der Probe sind, blockieren diese das Enzym. Damit kann die Reaktionskette nicht ablaufen, und der Stromfluss, also das Messsignal, ist geringer.

Für eine besonders hohe Zuverlässigkeit wird außerdem ein Kontrollenzym eingesetzt. Dieses zeigt durch seine unveränderte Aktivität den ungestörten Betrieb an. In regelmäßigen Abständen oder nach der Detektion eines Giftstoffes werden beide Enzyme automatisch vom Sensorchip entfernt und danach neu angebunden.

In Laborversuchen der Forscher führte das Pflanzenschutzmittel Parathion (E 605) bereits in einer Menge von weniger als einem Mikrogramm pro Liter zu einer Halbierung des Stromflusses und damit zu einem deutlichen Messsignal. Dieses Gift ist ab etwa einem zehntel Gramm für Menschen tödlich. (RN 2009.02.2)

Dr. Norbert Aschenbrenner | Quelle: Siemens ResearchNews
Weitere Informationen: www.siemens.de/innovation

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