NANObeST

Trinkwasser ist unser wichtigstes Lebensmittel! Können Sie sich vorstellen, dass Trinkwasser einmal nicht jederzeit verfügbar sein könnte? Was ist, wenn in Folge von Überschwemmungen oder Erdbeben eine Kontamination mit Krankheitserregern nicht ausgeschlossen werden kann?

Wasseraufbereitung

Die Trinkwasseraufbereitungsanlage vom Typ UF15 kann bis zu 15.000 L Wasser pro Stunde aufbereiten.

Überschwemmung

Durch Hochwasser werden nicht nur Gebäude und Straßen überschwemmt, auch das Trinkwasser kann verunreinigt werden.

Montage

Montage der Aufbereitungsanlage während einer gemeinsamen Übung mehrerer Fachgruppen Trinkwasserversorgung des THW.

Kathmandu, Nepal

Trinkwasserversorgung der Bevölkerung nach schwerem Erdbeben (2015). Die Trinkwasserblasen im Vordergrund fassen je 10.000 Liter.

Stadtoldendorf bei Hameln

Trinkwasseraufbereitung nach Verschmutzung von Wasserspeichern des lokalen Versorgungsunternehmens (2009).

Verbundprojekt NANObeST

Nanosonden basierte Schnellanalytik von Trinkwasser in Krisensituationen

Ausgangslage

Trinkwasser ist unser wichtigstes Lebensmittel! Die Trinkwasserqualität wird streng und häufig kontrolliert. In Krisensituationen, angefangen von Wasserrohrbrüchen der Hauptleitungen bis hin zu Naturkatastrophen wie beispielsweise Überschwemmungen und Erdbeben, kann eine Kontamination mit Krankheitserregern und Gefahrstoffen nicht ausgeschlossen werden. Die Bereitstellung von Trinkwasser im Krisenfall gehört mit zu den wichtigsten Aufgaben von Hilfsorganisationen wie dem THW. Für die Analyse von Keimen bedarf es derzeit aufwändiger und vor allem langwieriger Laboranalysen. Aus Wasserproben müssen Kulturen angelegt und mindestens 18 Stunden, zum Teil mehrere Tage lang bebrütet werden. Erst dann kann auf Grundlage der gewachsenen Kolonien auf die Belastung der Probe geschlossen werden. Im Katastrophenfall ist dies ein viel zu hoher Zeitaufwand, um zügig allgemeine Hygienestandards aufrecht halten und Epidemien vorbeugen zu können.

 

Ziel

Ziel des vom BMBF geförderten Verbundprojekts »Nanosonden basierte Schnellanalytik von Trinkwasser in Krisensituationen« (NANObeST) ist die Erforschung, Erprobung und Etablierung eines mobil einsetzbaren, feldtauglichen Schnellanalysesystems für Trinkwasser. Hilfsorganisationen wie dem THW soll ermöglicht werden, im Einsatz innerhalb kürzester Zeit mikrobielle Verunreinigungen, die Gesamtkeimzahl, sowie Toxine detektieren, bestimmen und quantifizieren zu können. Nur durch eine schnelle Analytik können Schutz- und Gegenmaßnahmen zügig eingeleitet werden bzw. Trinkwasser schnellstmöglich an die Verbraucher abgegeben werden.

 

Vorarbeiten

Im Vorläufer-Projekt »AquaNANO« wurde ein neues, schnelles Analyseverfahren erforscht und die prinzipielle Durchführbarkeit und das hohe Potential des neuen Analyseansatzes gezeigt. Hierfür wurden vorbehandelte magnetische Nanosonden eingesetzt. Diese werden mit speziellen Antikörpern beschichtet, die spezifisch an ausgewählte Krankheitserreger binden. Sie  sorgen so dafür, dass die nachzuweisenden Erreger aus der Trinkwasserprobe abgetrennt, aufkonzentriert und nachgewiesen werden können.

 

Einsatzszenarien

Das THW und andere Hilfsorganisationen müssen auf verschiedenste Einsatzszenarien vorbereitet sein. Im Bereich der Trinkwasserversorgung sind dies hauptsächlich das Aufbereiten von Rohwasserquellen, die Qualitätsüberwachung, die Gefahrenerkennung für die eigenen Hilfskräfte sowie das Verhindern der Ausbreitung von Krankheiten.

 

Forschungsansätze

Wasserproben aus Roh- und Trinkwasser müssen möglichst schnell auf Pathogene und Toxine untersucht werden können. Hier kommt die magnetische Immunodetektion in Verbindung mit magnetischer Multiplex-Detektion zum Einsatz, deren Messgeräte nach den Anforderungen des THW entwickelt werden.

Aktuelles

Erster digitaler Workshop mit ehrenamtlichen Helferinnen und Helfern des THW zur Anforderungsdefinition wurde vom THW durchgeführt (bis 19.05.2020).

Zweiter digitaler Workshop zwischen den Projektpartnern THW, Fraunhofer IME und IBI-3 wurde durchgeführt und die finale Version des Anforderungskatalogs erstellt (27.05.2020).

Artikel über das Projekt in der Zeitschrift gwf Wasser|Abwasser (06|2020) erschienen.

In Planung

Konsortialtreffen 29.09.2020, Aachen

Projektpartner NANObeST


 

THW

Die Bundesanstalt Technisches Hilfswerk (THW) leistet mit seinen rund 80.000 ehrenamtlichen Helferinnen und Helfern und ca. 1800 hauptamtlich Beschäftigten technische Unterstützung und Hilfeleistung in Krisensituationen im In- und Ausland. Um diese auch weiterhin bestmöglich durchführen zu können ist die Mitarbeit an nationalen und internationalen Forschungsprojekten der Bereiche Rettungswesen, Katastrophenschutz und Zivilschutz inzwischen im THW Gesetz verankert. Eine wesentliche Aufgabe des THW nach Großschadenslagen ist die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser bzw. die Aufbereitung von verunreinigtem Wasser. Für das Projekt NANObeST sind daher insbesondere die Expertise aus den zahlreichen Einsätzen der Fachgruppen Trinkwasserversorgung sowie der Schnell-Einsatz-Einheit Wasser Ausland (SEEWA) gefragt.

Rolle im Projekt

Das THW agiert als Projektkoordinator für das Projekt NANObeST. Am Anfang des Projekts ist das THW hauptverantwortlich für die Definition der Anforderungen und zugrundeliegenden Einsatzszenarien für die zu entwickelnde Trinkwasseranalysetechnik. In der zweiten Hälfte des Projekts leitet das THW die Evaluierung des Entwicklungsfortschritts durch Feldversuche und Übungen. Ebenso ist das THW hauptzuständig für die Öffentlichkeitsarbeit, die Vernetzung im Forschungsfeld sowie die Kommunikation der Projektergebnisse im Außenraum.

Ansprechpartnerin
Angela Kaltenbach, PhD
Bundesanstalt Technisches Hilfswerk
Leitung|Leitungsstab|Strategie und Steuerung, Forschung
Provinzialstraße 93
53127 Bonn
+49 228 940-1692
www.thw.de

 

Fraunhofer IME

Das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME betreibt angewandte Lebenswissenschaften vom Molekül bis zum Ökosystem und ist Partner für Vertragsforschung in den Bereichen Pharma, Medizin, Chemie, Landwirtschaft sowie Umwelt- und Verbraucherschutz. Das übergeordnete Ziel der Forschungsaktivitäten ist die Entwicklung und Anwendung neuer Technologien zur Diagnose und Therapie menschlicher und tierischer Krankheiten sowie zum Schutz von Nutzpflanzen und Nahrungsmitteln. In der Forschungsgruppe »Innovative Detektionstechnologien« werden in diesem Zusammenhang neuartige und maßgeschneiderte Analyseverfahren erforscht, die u.a. geeignet sind pathogenen Befall in Lebensmitteln schnell und zuverlässig zu detektieren. Hierfür kommen in den letzten Jahren vermehrt Verfahren zum Einsatz, die auf dem Prinzip der magnetischen Immunodetektion basieren. Diese Kernkompetenz des Fraunhofer IME in der Etablierung von anwenderspezifischen Detektionsverfahren aber auch die Expertise in der Produktion und Anwendung maßgeschneiderter Antikörper ist für das NANObeST Projekt von großer Bedeutung.

Rolle im Projekt

Das Fraunhofer IME ist hauptverantwortlich für die Entwicklung von maßgeschneiderten Detektionsansätzen für die vom THW vorgegebenen Einsatzszenarien, hierzu gehören neben der Bestimmung der Gesamtkeimzahl auch der Nachweis fäkaler Verunreinigung und die Gefahrstoffdetektion. Weiterhin wird das Fraunhofer IME daran arbeiten die Analysegeschwindigkeit zu steigern,  insbesondere im Zusammenhang mit dem mobilen Analysegerät, um z.B. Rohwasserquellen schnellstmöglich auf Kontamination überprüfen zu können.

Ansprechpartner
Dr. Florian Schröper
Fraunhofer IME
Forckenbeckstr. 6
52074 Aachen
+49 241 6085-13012
www.ime.fraunhofer.de/MB

 

Forschungszentrum Jülich, IBI-3

Das Institut für Biologische Informationsprozesse - Bioelektronik (IBI-3) forscht an funktionellen Verbindungen zwischen biologischen Komponenten und elektronischen Bauteilen und entwickelt bioelektronische Bauelemente zur Informationsverarbeitung, für Sensorik, als Bedienelemente und für biomedizinische Geräte. Die Forschungsgruppe »Magnetfeldsensorik« befasst sich mit der Messung der Magnetfelder magnetischer Nanopartikel, um sie als Marker für die spezifische Detektion von Biomolekülen in der magnetischen Immunodetektion anzuwenden.

Rolle im Projekt

Das IBI-3 arbeitet an der Multiplex-Magnetdetektion zur simultanen Messung mehrerer unterschiedlicher Keime mittels Magnetpartikelunterscheidung, an der Optimierung des Messverfahrens, der Nanopartikel und der magnetischen Aufkonzentrierung  zur Steigerung der Empfindlichkeit. Auf dieser Basis werden neue Messgeräte für den mobilen Gebrauch und zur Nutzung im Feldlabor unter Berücksichtigung der vom THW vorgegebenen Anforderungen entwickelt und aufgebaut.    

Prof. Dr. Hans-Joachim Krause
Institut für Biologische Informationsprozesse – Bioelektronik (IBI-3)
Wilhelm-Johnen-Straße
52428 Jülich
+49 2461 61-2955
https://www.fz-juelich.de/ibi/ibi-3/EN/Home/_node.html

 

BMBF Programm

Forschung für die zivile Sicherheit
Bekanntmachung: »Anwender - Innovativ: Forschung für die zivile Sicherheit II«

Projektlaufzeit

Februar 2020 – Januar 2022

Projektpartner

Bundesanstalt Technisches Hilfswerk (THW), Bonn

Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, Aachen

Institut für Biologische Informationsprozesse (IBI-3), Forschungszentrum Jülich GmbH

Assoziierte Partner

DITABIS Digital Biomedical Imaging Systems AG, Pforzheim

Institut für Wasser- und Abwasseranalytik – IWA GmbH, Aachen

 

Projektsteckbrief

 

 

als pdf-Dokument

 

 

 

 

 

 

weitere Projekte im Programm Schicherheitsforschung des BMBF

AquaNANO