Durch die Verwendung einer Vielzahl an Chemikalien, die ins Abwasser gelangen können, und der Einleitung dieser Abwässer in Oberflächengewässer werden die Ökosystemfunktionen, wie die Selbstreinigungskraft von Gewässern, die dort vorkommenden Organismen und Populationen negativ beeinträchtigt. Um die Gesamtheit dieser Beeinträchtigungen erfassen zu können, hat sich die wirkungsbezogene Analytik etabliert. In der wirkungsbezogenen Analytik werden modifizierte Zellsysteme oder Biosensoren genutzt, um biologische (Aus-)Wirkungen und Effekte einer Probe zu beschreiben. Für viele Proben ist für die wirkungsbezogenen Analytik eine Anreicherung und Aufreinigung notwendig, um auch geringe Effekte erfassen zu können. Die für die instrumentelle Analytik eingesetzten Verfahren wie die Flüssig-Flüssig-Extraktion oder die Festphasenextraktion sind für eine wirkungsbezogene Analytik jedoch nicht ohne Einschränkungen geeignet.

Auch wenn diese Verfahren zurzeit eingesetzt werden, um den notwendigen Konzentrationsbereich zu erreichen, ist es völlig unstrittig, dass durch diese Vorgehensweise potenziell am Effekt beteiligte Komponenten und Substanzen aus der Probe entfernt werden. Um die Vorteile einer wirkungsbezogenen Analytik voll ausschöpfen zu können und die Qualität dieser Analytik wesentlich zu verbessern, muss daher eine diskriminierungsfreie Anreicherung entwickelt werden.

Da die Wirkung sich z. B. im Falle der estrogenen Effekte über die Bindung an den Estrogenrezeptor definiert, kann dieser nicht nur für die Detektion, sondern bereits zur Sammlung und Anreicherung der wirkungsrelevanten Substanzen optimal genutzt werden. Durch die Immobilisierung des Rezeptors auf einem Trägermaterial wird ein wirkungsbezogener Passivsammler hergestellt, der bereits bei der Probenahme eine selektive Anreicherung der Substanzen im Gewässer erlaubt.

In einem Forschungsvorhaben am IUTA soll so ein anreichernder Passivsammler entwickelt werden. Dazu ist es notwendig, dass die Oberfläche eines Sammelmediums (z.B. metallisches Plättchen wie eloxiertes Aluminium) durch die Anbindung verschiedener Aktivester an die Oberfläche selektiv modifiziert wird.

Aufgabe in der kooperativen Masterarbeit ist die reproduzierbare Herstellung modifizierter Oberflächen, an die anschließend in einem ersten Schritt Phytase gebunden wird. Nächster Schritt ist die Anbindung des Hormonrezeptors an den Aktivester auf der Oberfläche. Wesentlich ist die Herstellung homogener Monoschichten auf den Plättchen entweder in einem Schritt oder in Layer by Layer.

In Kooperation mit dem DTNW und dem Arbeitskreis Physikalische Chemie von Prof. Gutmann werden die Oberflächen funktionalisiert und mit unterschiedlichen oberflächensensitiven Analysen (Ellipsometrie, AFM, ATR-IR) charakterisiert.

Abschließend werden die Passivsammler gemeinsam mit den IUTA auf die Fähigkeit zur Anreichung hormonell wirksamer Substanzen getestet und in Oberflächengewässern eingesetzt.

Betreuung DTNW: Dr. Thomas Mayer-Gall/ Dr. Wael Ali

mayer-gall@dtnw.de

Betreuung IUTA: Dr. Linda Gehrmann/Dr. Christine Kube

kube@iuta.de