Wasserüberwachungsvorrichtung soll schnelle Diagnose tödlicher Bakterien ermöglichen

Durch Wasser hervorgerufene Infektionskrankheiten sind eine erhebliche Bedrohung für die menschliche Gesundheit. Verunreinigtes Wasser kann zu Diarrhö, Cholera, Ruhr, Typhus und Polio führen. Laut der Weltgesundheitsorganisation sterben jährlich etwa 502 000 Menschen an Durchfallerkrankungen, die auf kontaminiertes Trinkwasser zurückzuführen sind. Daher muss die mikrobiologische Sicherheit von Wasser unbedingt gewährleistet werden.

Aktuell entwickelt ein Forschungsteam mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts WaterSpy eine Vorrichtung zur durchgängigen Online-Überwachung von Leitungswasser. Dabei handelt es sich um einen lasergestützten Analysator für die Wasserqualität, der in Wasserverteilungssystemen an kritischen Punkten zum Einsatz kommen kann. Innerhalb von Stunden, anstelle von Tagen, kann er sichere Messwerte liefern, wodurch Wasserversorgungsunternehmen, öffentliche Behörden und Aufsichtsbehörden Zeit und Ressourcen sparen können. Der Prototyp ist fertig und wird vom Team an zwei Stellen in Genua getestet: der Prato-Wasseraufbereitungsanlage und dem Zugangspunkt des Wasserverteilungssystems in Genua.

WaterSpy wird sich auf die Beobachtung von drei der tödlichsten Bakterienstämme konzentrieren: Escherichia coli, Salmonella und Pseudomonas aeruginosa. Wie aus einer Pressemitteilung auf der Projektwebsite hervorgeht, sind diese Bakterien häufig schwer zu erkennen, da die Konzentration der Schadstoffe gering sein kann. „Aktuell müssen Wasserproben nach ihrer Entnahme an ein externes Labor gesendet werden und da die Bakterienkolonien oftmals nur in geringem Umfang vorhanden sind, dauert die Kultivierung der Krankheitserreger 24 Stunden.“ Infolgedessen kann eine vollständige Analyse zwei bis drei Tage dauern. Das Forschungsteam erhofft sich jedoch, die Ergebnisse in nur 6 Stunden vorliegen zu haben – fast zwölfmal schneller als aktuell.

Kombination von Licht und Ton

WaterSpy setzt auf eine Laserkonfiguration, Photodetektoren und die Manipulation von Ultraschallpartikeln. In derselben Pressemitteilung heißt es: „Dafür werden zuerst geringe Spuren von Bakterien zusammengetragen und anschließend mit einem Laser ermittelt.“ Mithilfe des Ultraschalls sammeln sich die Bakterien in der Wasserprobe an, um die Erkennung und Empfindlichkeit zu verbessern. Außerdem wird eine Technik namens ATR-Infrarotspektroskopie genutzt, wodurch die Proben direkt im flüssigen Zustand untersucht werden können. „Infrarotlichtstrahlen (IR-Strahlen) werden an einen Diamanten gesendet, über den das Wasser fließt. Bei Kontakt mit der Wasserprobe reflektiert das IR-Licht die innere Oberfläche. Anschließend wird es von einem Detektor aufgenommen, sobald es den Kristall verlässt.“

Das laufende WaterSpy-Projekt (High sensitivity, portable photonic device for pervasive water quality analysis) wurde gestartet, um eine Photonik-Technologie zur Analyse der Wasserqualität zu entwickeln, die sich für onlinegestützte Feldmessungen eignet. Zu Validierungszwecken wird die WaterSpy-Technologie in Form eines portablen Add-ons in eine kommerzielle Überwachungsplattform für die Wasserqualität integriert. Laut Aussage des Teams ist die WaterSpy-Technologie verhältnismäßig günstig und wird im Zuge neuer Trinkwasserbestimmungen den hohen Anforderungen in Bezug auf Spezifitäts- und Empfindlichkeitsstufen entsprechen.

Weitere Informationen:

WaterSpy-Projektwebsite