Nanopartikel für genaue Mikroschadstoffanalysen in Wasser
Mikroschadstoffe bezeichnen in der Regel synthetische oder natürliche Substanzen, die in niedrigsten Konzentrationen Gewässer verunreinigen. Meist handelt es sich dabei um pharmazeutische, chemische oder Pestizidrückstände. Um sauberes Trinkwasser zu gewährleisten, müssen diese Mikroschadstoffe genau nachgewiesen und entfernt werden. Extraktionsverfahren für Mikroschadstoffe kommen auch zum Einsatz, um den Zustand von Flüssen und Meeren oder die sichere Arbeitsweise medizinischer Geräte zu beurteilen. „Die Extraktion von Mikroschadstoffen aus Wasserproben erfolgt in der Regel mittels giftiger Lösungsmittel“, erläutert Detlef Lohse, Koordinator des Projekts NanoEX am Technologieforschungszentrum der Universität Twente, Niederlande. „Die Probenaufbereitung stellt nicht nur eine Umweltbelastung dar, sondern kann auch sehr zeitaufwendig sein“, da hierfür meist viele einzelne Arbeitsschritte nötig sind. Bisherige Methoden der Extraktion sind zudem personalintensiv, fehleranfällig und mitunter schlecht reproduzierbar.
Neuartige Nanoextraktionsverfahren
Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt NanoEX sollte die Probeaufbereitung vereinfachen und die Arbeitsabläufe insgesamt rationalisieren. Schwerpunkt des Projekts war ein Nanoextraktionsverfahren. Aufbauend auf dem ebenfalls vom ERC finanzierten Vorgängerprojekt DDD (Diffusive Droplet Dynamics) immobilisierte und „fixierte“ die Arbeitsgruppe um Lohse Nanotröpfchen (Öltröpfchen in Wasser) auf einem festen Substrat. Ziel war, mit dem Nanoverfahren die Identifizierung und Extraktion von Mikroschadstoffen deutlich zu vereinfachen. „Bei dem Prozess“, so Lohse, „werden diese Nanotröpfchen zunächst auf einem Substrat in einer engen Kammer fixiert, in die die zu untersuchende Probe dann injiziert wird. Da die möglicherweise vorhandenen Schadstoffe nicht in Wasser, sondern nur im Öl der Tröpfchen löslich sind, können sie so in die Tröpfchen ‚extrahiert‘ werden.“ Vor allem aber werden die Nanotröpfchen auf dem Substrat „fixiert“, d. h., sie verbleiben auf dem Substrat, wenn die Probenlösung durch die Kammer abfließt. „Um die extrahierten Schadstoffe in den Tröpfchen nachzuweisen, analysieren wir die Nanotröpfchen auf der Substratoberfläche mit mikroschadstoffsensitiven Verfahren“, sagt Lohse. „Zudem besteht die Möglichkeit, die kleinen Tröpfchen aus der Kammer aufzufangen und mit gängigen Labormethoden zu untersuchen.“
Präzise Mikroschadstoffanalyse
Lohse und seinem Team zufolge wird die Technik von NanoEX die Probenaufbereitung für empfindliche chemische Analysen erheblich vereinfachen und auch die Genauigkeit der Ergebnisse verbessern. Das Verfahren ist jetzt für die Prüfung der Wasserqualität, Umweltanalysen sowie die forensische und medizinische Analytik bereit, was Forschungsinstituten, analytischer Chemie und Gesundheitsbehörden zugutekommen dürfte. „Demnächst soll noch optimiert werden, wie die Nanotröpfchen vom Substrat aufgefangen werden können“, sagt Lohse. „Bislang werden die Tröpfchen vorsichtig zu einem größeren Tropfen zusammengesammelt, der dann analysiert wird. Das Problem ist allerdings, dass dabei Tröpfchen auf dem Substrat verbleiben können.“ Dennoch sind Lohse und sein Team von ihrer Methode überzeugt. „Mit NanoEX lassen sich verschiedenste Substanzen extrahieren“, fügt er hinzu, „und vor allem ist das Verfahren mit fast allen Analyseinstrumenten kompatibel, die üblicherweise in Forschungslaboren verwendet werden.“
Schlüsselbegriffe
NanoEX, Mikroschadstoffe, Wasser, Gewässer, Medizin, Nanotröpfchen, Schadstoffe
