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ProWaChip

ProWaChip

Kurzfassung:

Im Rahmen des Projektes „ProWaChip“ wird ein Bio-Prozesswasser Chip zur schnellen Vor-Ort-Detektion bakterieller Kontamination in Trinkwasser- und Prozesswassersystem entwickelt, dessen Detektionssystem auf hochspezifischen Hybridisierungsmethoden innerhalb eines mikrofluiden Chips basiert. Der BioChip leistet die Lyse und die Analyse der RNA in einem einzigen Bauteil.

Der Bio-Prozesswasserchip soll zum „On-line“ Nachweis der Vor-Ort Detektion von zwei Indikatorbakterien (E. Colli und L. pneumophila) entwickelt werden, der das Prozesswasser einer Zuckerindustrie-Anlage stetig überwacht und in Trinkwassersystemen in Kombination mit der AGIL-Anlage zum Einsatz kommt, wobei der Betrieb nach DIN-Normen durch Vor-Ort Analysen sichergestellt werden soll.

Der Bio-Prozesswasserchip soll zum „On-line“ Nachweis Vor-Ort Detektion zwei Indikatorbakterien (E. Colli und L. pneumophila) entwickelt werden, der das Prozesswasser einer Zuckerindustrie-Anlage stetig überwacht und in Trinkwassersystemen in Kombination mit der AGIL-Anlage zum Einsatz kommt, wobei der Betrieb nach DIN-Normen durch Vor-Ort Analysen sichergestellt werden soll.

 

Projektbeschreibung: 

Zurzeit stellt der Mangel von brauchbaren Kontrollmethoden zur permanenten mikrobiologischen Überwachung ein Hindernis für die „in-situ“ Nachprüfbarkeit der hygienischen Qualität von Trink- und Prozesswasser dar. Anderseits lassen sich subletal geschädigte Bakterien häufig nicht kultivieren und können daher nicht erkannt werden, das ist ein Nachteil der klassischen mikrobiologischen Method zur Analyse und Erkennung der gefährlichen Mikroorganismen.

Um in Zukunft nicht mehr von solchen Schwachpunkten der Routine-Analyse abhängig zu sein, soll ein Biosensor entwickelt werden, der sich mit kleinen Mengen der Proben und Reagenzien befasst, und der ein „Online“, „in-situ“, laufendes Hygienemonitoring ermöglicht. Der Biosensor soll auf dem Prinzip der Mikrofluidik basieren und ausschließlich vitale Bakterien anhand spezifischer Nukleinsäuren detektieren. Um eine konkrete Belastung der lebenden Bakterien feststellen zu können, wird kurzlebige RNA als Target-Molekül verwendet. Die RNA kann nur in einem sehr kurzen Zeitraum nach Auflösung der Bakterien nachgewiesen werden. Zur Freisetzung der RNA dient die Lyse der Zellmembran, z. B. mittels Enzymen oder Hitze. Die freigesetzte RNA wird in den Analyse-Bereich des BioChips überführt und dort mit spezifischen Nukleinsäure-Fängermolekülen, mit denen die Chips Oberfläche schon beschichtet ist, gebunden. Anschließend werden die gebundenen Nukleinsäuren durch eine mit Fluoreszenz-markierte Sonde hybridiziert, um die Konzentration der RNA Moleküle mittels eines optischen Sensors nachzuweisen.

Zur Sicherstellung der Einhaltung von Hygienevorschriften sollte der BioChip als ein Wegwerfprodukt geplant werden. Aus diesem Grund wird der BioChip aus einem preiswerten, biokompatiblen Kunststoff, der auch geringe eigene-Fluoreszenz aufweist, gefertigt. Die Lyse- und Analyse-Funktionalitäten werden in einem einzigen Bauteil integriert. Wegen des mikrobiologischen Nachweisverfahrens wird 1 ml Probewasser prozessiert. Die Dauer der gesamten Prozesszeit wird auf maximal 1 Stunde geplant.  

 

Zielsetzung:

Der BioChip wird als preiswertes Einweg-Bauteil konzipiert. Deswegen wird mit einem formbaren und geringe eigene-Fluoreszenz aufweisendem Kunststoff wie Cyclo-Olefin Copolyer (COC) gearbeitet.

Bis maximal 1 ml Probewasser soll damit innerhalb von maximal 1 Stunde prozessiert werden. Daher müssen sowohl das Volumen des BioChip als auch die Proben- und Reagenzienflüssigkeitseinstellun-gen geplant werden.

Zur Lyse soll der integrierte Erhitzer im BioChip das Probewasser bis 95°C erwärmen, aber dann soll das gleiche Wasservolumen vor der Analysekammer mit 55°C verfügbar sein. Deshalb müssen sowohl eine Abkühlungsstrecke als auch integrierte Temperatursensoren zur Steuerung des Erhitzers eingerichtet werden.

 

Projektpartner:

BIAMOL (Bremerhavener Institut für angewandte Molekularbiologie) – Hochschule Bremerhaven
RSK-elektroni GmbH
Junker Filter GmbH         
APM Gehäusetechnik GmbH
 
 

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Walter Lang 
IMSAS, NW1, Raum O2120
Tel: +49 421 218 62 602
E-mail: wlangprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de

 

Das Projekt wird von der AiF Projekt GmbH seit Juni 2015 für drei Jahre als Kooperationsprojekt im Rahmen des Programms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand.

 

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Aktualisiert von: L. Reichel