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Technologien für Labors auf einem Chip läuten eine neue Ära der Wasseranalyse ein

Ein innovatives, tragbares Gerät zur Überwachung der Wasserqualität vereint die Genauigkeit von Laboranalysen mit der Bereitstellung von Ergebnissen in Echtzeit in sich.

Klimawandel und Umwelt

Schwermetalle sind hochgiftige, nicht biologisch abbaubare chemische Komponenten. Zwar kommen sie auch in der Natur vor, ein Großteil der Umweltbelastungen und Gefährdungen ist jedoch auf menschliche Aktivitäten wie den Bergbau, die industrielle Fertigung und die Landwirtschaft zurückzuführen. „Trinkwasser ist nach wie vor die Hauptgefahrenquelle für den Menschen“, bemerkt der Projektkoordinator von PANDa Clément Nanteuil, der auch Geschäftsführer von Klearia in Frankreich ist. „Das hat zu strengeren Vorgaben für Trinkwasser geführt und die Suche nach schnelleren, empfindlichen analytischen Methoden beflügelt, die Schwermetalle effizient und auch im Spurenbereich nachweisen können.“ Aktuelle Untersuchungsmethoden in Labors sind jedoch oft zeitaufwendig und teuer. Die Bearbeitungszeiten können von wenigen Wochen bis zu wenigen Monaten betragen, da die Proben transportiert, vorbehandelt und dann verarbeitet werden müssen. Andererseits ist die Echtzeit-Überwachung vor Ort nicht immer verlässlich und erfordert Wartung sowie gut ausgebildetes Bedienungspersonal. Zwar sind einfache Testsets kommerziell verfügbar, allerdings ist ihre analytische Genauigkeit im Allgemeinen niedrig im Vergleich zu Analysen im Labor. „Wir stellten fest, dass es einen klar erkennbaren Bedarf nach besseren Verfahren zur Überwachung der Wasserqualität gab“, fügt Nanteuil hinzu. „Bestehende Methoden im Labor sind zu langsam, um schnell reagieren zu können, und Testsets sind für die industrielle Verwendung nicht empfindlich genug, während die Kosten, die Verlässlichkeit und der Wartungsbedarf von Systemen am Standort zu wünschen übrig lassen.“

Verlässliche, genaue Tests

Um diese Herausforderungen anzugehen, hat Klearia PANDa entwickelt, ein tragbares Gerät, das giftige Schwermetalle und Schadstoffe in Wasser auch in ultrageringen Konzentrationen nachweisen kann. „Wir erkannten, dass es eine technologische Lücke gab, die wir schließen konnten“, erklärt Nanteuil. „Wir wollten die Vorteile aller drei existierender Verfahren in einer einzigen Lösung vereinen.“ Das Gerät ermöglicht seinen Benutzerinnen und Benutzern, Mikroschadstoffe auf Metallbasis verlässlich in Echtzeit zu quantifizieren, sodass sie sofort auf die Ergebnisse reagieren können. Die Kalibrierung und Reinigung zwischen Messungen geschehen automatisch, um menschliches Versagen zu vermeiden. „Die schnelle und genaue Überwachung der Wasserqualität wird von unserem patentierten Labor auf einem Chip ermöglicht“, so Nanteuil. „Dieses basiert auf Mikrofluidik-Technologie. Spuren von Mikroschadstoffen können selbst in äußerst geringen Konzentrationen von bis zu 1 Teil pro eine Milliarde nachgewiesen werden. Es ist kein technisches Fachwissen erforderlich, um die Analysen durchzuführen oder die Ergebnisse zu interpretieren.“

Neues Marktpotenzial

Klearias nächste Herausforderung ist, die Innovation auf den Markt zu bringen, und genau dabei kommt das Projekt PANDa ins Spiel. Die wichtigsten Ziele des sechsmonatigen Projekts waren die Durchführung von Tests mit Endnutzerinnen und Endnutzern sowie die Auslotung des Marktpotenzials. Die Tests wurden mit Wasser von verschiedenen Orten durchgeführt, darunter Wasserversorger, Abfüllanlagen für Flaschenwasser und verunreinigter Boden. „Die Ergebnisse fielen sehr gut aus“, bemerkt Nanteuil. „Die Rückmeldungen waren nützlich, da sie die Notwendigkeit unterstrichen, auf bis zu zehn Metalle testen zu können.“ Gespräche mit Endnutzergruppen ermöglichten dem Unternehmen außerdem, Aspekte des Automatisierungssystems zu verbessern. „Der Austausch mit der Industrie war auch wichtig, weil es für Unternehmen nicht immer einfach ist, zu akzeptieren, dass es Probleme mit Umweltbelastungen gibt“, fügt Nanteuil hinzu. „Es wird etwas dauern, bis einige unserer potenziellen Kunden erkennen, dass sich effizientere Wasseranalysen für sie auszahlen. Um ihnen dies zu verdeutlichen, müssen wir weitere Fallstudien durchführen.“ Während die COVID-19-Pandemie kommerzielle Tätigkeiten vorerst zum Erliegen gebracht hat, werden die Gespräche mit potenziellen Kunden fortgeführt. „Wir haben auch andere Branchen im Visier, wie den Bergbau, die Bodenregeneration, die Sanitärversorgung und die Aquakultur“, so Nanteuil. „Unsere Technologie könnte auch zum Nachweis anderer Chemikalien wie Pestiziden und Arzneimittelrückständen verwendet werden. Wir sind zuversichtlich, dass unsere Technologie der neue Bezugspunkt der Wasserüberwachung werden wird.“

Schlüsselbegriffe

PANDa, Wasser, Verunreinigung, Metalle, giftig, Bergbau, Landwirtschaft, abgefüllt, Mikrofluidik, Mikroschadstoffe

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