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Biomimetic optical sensors for environmental endocrine disruptor screening

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Analyse von Wasserproben mithilfe biomimetischer Materialien

Da immer lauter gefordert wird, die unzähligen hormonaktiven Substanzen in handelsüblichen Verbraucherprodukten auf ihre Wirkung zu analysieren, entwickelte das EU-finanzierte Projekt MENDOS für deren Nachweis neue Werkstoffe mit einzigartigen Bindungseigenschaften.

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Umwelthormone (endocrine disrupting chemicals, EDC) können durch ihre hormonähnliche Wirkung die Fortpflanzungsfähigkeit von Mensch und Tier in unvorhersehbarer Weise beeinträchtigen. Viele industrielle Chemikalien, Pestizide und Medikamente enthalten potenzielle hormonaktive Substanzen, aber auch natürliche Produkte sind nicht frei davon und enthalten beispielsweise Phytohormone. Während des dreijährigen Projekts ist die Entwicklung neuartiger Nachweismethoden für EDC enorm vorangeschritten. Da derzeitige Technologien noch größtenteils auf biologischen oder biochemischen Assays beruhen, entwickelten Wissenschaftler der ARC Seibersdorf research GmbH in Österreich Nachweisverfahren, die die natürliche Bindungsfähigkeit solcher Assays künstlich nachahmen. Molekular geprägte Polymere (molecularly imprinted polymers, MIP), die durch ihre spezielle Struktur in der Lage sind, wichtige Schadstoffe wie beispielsweise Benzo[a]pyren (BaP) zu binden, wurden im Bulk-Format und im Mikrosphären-Format hergestellt. Ausschlaggebend war neben der Selektivität auch die Partikelgröße der MIPs, da sie direkt die Bindungsfähigkeit zum Analyt beeinflusst. Die Größe und Morphologie der MIPs wurde über entsprechende Polymerisationsverfahren eingestellt. Die Konzentration wurde durch 4-Vinylpyridin oder Divinylbenzen in Form vernetzter Monomere zwischen den Polymerketten eingestellt. Chromatographische Analysen zeigten eine gute Selektivität der neuen MIPs von 10 bis 25μm. Außerdem eignen sich MIPs aufgrund ihrer guten Antikörper-ähnlichen Bindungseigenschaften hervorragend als Sorbens für die Festphasenextraktion (SPE). Die Selektivität und Ausbeute der MIPs war besser als bei kommerziellen SPE-Sorptionsmitteln. Sie erwiesen sich auch unter extremen chemischen Bedingungen als stabil, und kaum ein Binde- oder Lösungsmittel wirkte sich negativ auf die Bindungseigenschaften und die Nachweisfähigkeit aus. Die MENDOS-Partner entwickelten mithilfe molekular geprägter Polymere ein robustes Nachweisverfahren zur Extraktion von BaP aus komplexen Wasserproben wie Leitungs- und Süßwasser.

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