Hannoveraner Physikerteam entwickelt mobilen Schnelltest zur Erkennung von giftigen Blaualgen

Team der Leibniz Universität Hannover ist an einem Projekt beteiligt, das auf große finanzielle Einsparungen bei Wasseruntersuchungen zielt – profitieren sollen Wasserwerke, Kommunen und Badeseebetreiber

Verfärbt sich im Sommer das Wasser in Badeseen und Teichen grün, handelt es sich dabei oft um Cyanobakterien. Diese auch Blaualgen genannten Mikroorganismen können einige der gefährlichsten natürlich vorkommenden Gifte auf der Welt in sich tragen, die Cyanotoxine. Insbesondere Kinder, aber auch Wassersportler und Hunde sind durch sie gefährdet. Denn das Verschlucken oder der Hautkontakt mit den Blaualgen kann unter anderem zu Haut- und Schleimhautreizungen, Durchfall oder Fieber führen. Deswegen werden befallene Gewässer regelmäßig gesperrt. Um Gewässer sicherer zu machen, will das neue Verbundforschungsprojekt „CyanoBakterien und -toxin Erfassung (CyBER)“ in den nächsten drei Jahren einen mobilen Schnelltest zum Erkennen der giftigen Blaualgen entwickeln.

Wissenschaftlicher Partner des Projektes ist das HOT – das Hannoversche Zentrum für Optische Technologien – an der Leibniz Universität Hannover unter Geschäftsführer Prof. Dr. Bernhard Roth, der auch die Arbeitsgruppe F1 – Präzisionsmesswesen (Metrologie) im Exzellenzcluster PhoenixD (Photonics, Optics, and Engineering – Innovation Across Disciplines) leitet: „In diesem Projekt übertragen wir in der Grundlagenforschung entwickelte optische Technologien in die Praxis und ermöglichen so innovative und präzise Messtechnik“, sagt Roth. „Langfristig möchten wir solche komplexen Systeme mittels additiver Fertigung, also zum Beispiel 3D-Druck, realisieren, sie mit künstlicher Intelligenz ausstatten und für die breite Nutzung verfügbar machen. Das passt sehr gut zu unserem Exzellenzcluster PhoenixD, der die Grundlagen für die digitale, individualisierte Optik-Produktion der Zukunft erforscht.“

Das Umweltanalytikunternehmen bbe Moldaenke aus Schwentinental bei Kiel koordiniert das Verbundprojekt, dem auch das Institut für Hygiene und Umwelt in Hamburg, das die Wasserressourcen in der Region überwacht, sowie der Messgerätehersteller ADM aus Krems II bei Bad Segeberg, angehören. Finanziert wird das Projekt durch die Förderinitiative „KMU-innovativ: Photonik und Quantentechnologie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Technisch wollen die Forschenden mehrere optische Technologien miteinander kombinieren: Fluoreszenzdetektion, Holographie und Ramanspektroskopie. So können die chemische Zusammensetzung der Stoffe auf molekularer Ebene erkannt sowie Form und Lage der Objekte bestimmt werden. Die Wasserproben werden kontaktlos und präparationsfrei nur mittels optischer Verfahren untersucht.

Das geplante Verfahren wird auch bereits gebildete, aber noch nicht freigesetzte Cyanotoxine erkennen sowie nicht giftige, aber zur späteren Giftbildung fähige Cyanobakterien erfassen. „Mit dieser Innovation wird es möglich sein, potenziell gefährdete Gewässerbereiche effektiv zu überwachen“, sagt Christoph Wetzel, Doktorand und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am HOT. „Unser Verfahren bedeutet eine deutliche Verbesserung gegenüber dem aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik“, sagt Dr. Ann-Kathrin Kniggendorf, in deren Gruppe am HOT die Forschungsarbeiten durchgeführt werden.

Dr. Regine Redelstein, Leiterin des Referats Aquatische Biologie und Ökotoxikologie am Institut für Hygiene und Umwelt in Hamburg, sagt: „Mit der Technik kann bereits vor Ort das Gefährdungspotential einer Cyanobakterienblüte bewertet werden, sodass schneller als bisher Entscheidungen über die Sperrung eines Gewässers getroffen werden können. Das wäre in Hamburg unter anderem vor Großveranstaltungen, wie zum Beispiel dem jährlich stattfindenden Iron Man oder Triathlon, bei denen in der Alster geschwommen wird, von großer Bedeutung.“

„Das Projekt bedeutet für meine Firma bbe nicht nur einen optischen Quantensprung“, sagt Christian Moldaenke, Geschäftsführer von bbe Moldaenke, „sondern auch einen ökologischen und wirtschaftlichen. Die Überwachung und Sicherung von Badegewässern und Trinkwasser kann extrem verdichtet stattfinden, der Einzeltest wird nur noch für einen Bruchteil der bisherigen Kosten durchführbar sein.“ Zumal für die Anwendung kein Fachpersonal nötig sein wird. Großes Marktpotenzial sieht das Team nicht nur bei Aufsichtsbehörden und Trinkwasserversorgern, sondern auch bei Aquakulturbetreibern, Fischern und Betreibern von Badeseen.

Der Exzellenzcluster PhoenixD

Im Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover forschen mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Fachdisziplinen Physik, Maschinenbau, Elektrotechnik, Chemie, Informatik und Mathematik fachübergreifend zusammen. Der Cluster lotet die Möglichkeiten aus, die sich durch die Digitalisierung für neuartige optische Systeme sowie ihre Fertigung und Anwendung ergeben.

In den Jahren 2019 bis 2025 wird der Cluster mit rund 52 Millionen Euro vom Bund und dem Land Niedersachsen über die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Kooperationseinrichtungen des Clusters sind die Technische Universität Braunschweig, das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt und das Laser Zentrum Hannover e.V.