Das Projekt "Biobasierter Korrosionsschutz für Metallwerkstoffe durch Analoga von mikrobiellen Exopolymeren aus nachwachsenden Rohstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Projektziel: Mikrobielle Biofilme und bakterielle extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) können Korrosion sowohl verstärken als auch unterdrücken. Beide Effekte werden durch die Wechselwirkungen zwischen Werkstoff und insbesondere den EPS beeinflusst, wobei die chemische Zusammensetzung der EPS über Schad- oder Schutzwirkung und das jeweilige Ausmaß entscheidet. Ähnlich zu klassischen Grenzflächeninhibitoren werden für EPS einige funktionelle Endgruppen wie Carboxylate, Sulfate oder Phosphate als maßgeblich für die Wechselwirkung diskutiert und scheinen auch für die Adsorption der EPS und der dadurch vermittelten Zelladhäsion entscheidend zu sein. Darauf basierend sollte die Unterdrückung der Zelladhäsion durch gezielte, selektive Blockade von anodischen und/oder kathodischen Zentren der Werkstoffoberfläche durch geeignete Substanzen und Ausbildung eines Schutzfilmes möglich sein - vergleichbar der Maskierung von 'aktiven Stellen' durch spezifisch adsorbierte Grenzflächeninhibitoren. Auch sollte die Zelladhäsion durch Blockade der bakteriellen Chemotaxis zu Eisenionen hin erfolgen können, wenn die Ionen durch geeignete Substanzen maskiert werden. Als viel versprechende biogene polymere Substanzen haben sich einige bereits in eigenen Arbeiten untersuchte EPS herausgestellt. Weitere biogene Substanzen wie Dextrane und Saccharide oder auch Substanzgemische sind ebenfalls nachweislich zum Schutz von Metallwerkstoffen vor abiotischer Korrosion und sogar partiell vor chloridinduziertem Lochfraß brauchbar. Die Wirkmechanismen werden i.d.R. nicht diskutiert, wobei die chemischen Strukturen dieser Naturstoffe auf starke und gerichtete Wechselwirkungen mit den Substraten schließen lassen. In eigenen Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass chemisch modifizierte Cyclodextrine als Adsorbate auf unlegiertem Stahl eine Verminderung des Massenverlustes bei MIC von bis zu 84Prozent bewirkten. Neben dieser Substanzgruppe sollen Phospholipide, bakterielle EPS und weitere noch zu identifizierende biogene Substanzen als Grundlagen für ein innovatives Schutzkonzept für Metallwerkstoffe gegen Biokorrosion und abiotische Korrosion untersucht werden.
Das Projekt "Biobasierter Korrosionsschutz für Metallwerkstoffe durch Analoga von mikrobiellen Exopolymeren aus nachwachsenden Rohstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Zahlreiche Korrosionsschadensfälle stehen im Zusammenhang mit einer mikrobiologischen Aktivität. Mikrobielle Biofilme und von ihnen produzierte extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) können Korrosionsprozesse sowohl induzieren (MIC) als auch inhibieren (MICI). Beide Effekte werden insbesondere durch die Wechselwirkungen zwischen Werkstoff und den EPS beeinflusst. Maßgeblich sind dabei funktionelle Gruppen wie Glucuronsäure- oder Carbonsäurereste, die auch für die Zelladhäsion entscheidend zu sein scheinen.
Im Vorläufervorhaben 16953 N wurden biogene Cyclodextrine im Sinne EPS-analoger Substanzen als Ansatzpunkt für ein modernes und umweltschonendes Korrosionsschutzverfahren für Eisenwerkstoffe in wässrigem Milieu untersucht. Mittels oberflächenspektroskopischer Methoden konnten die Adsorbatschichten als polymerisierte Cyclodextrine identifiziert werden. Desweiteren deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Reaktion von Carboxyl- und / oder Hydroxyl-Funktionsgruppen mit Auflösungsprodukten, die an Anoden freigesetzt werden, eine gezielte Bedeckung bzw. Blockade dieser elektrochemisch aktiven Areale bewirken. Schichten entsprechend funktionalisierter Cyclodextrine konnten die Anheftung schädlicher Mikroorganismen kurzzeitig um bis zu 90 % reduzieren. Wie elektrochemische Untersuchungen belegen, zeigen die Schichten auch gegen abiotische Korrosion einen Schutzeffekt.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die konsequente Weiterentwicklung der Cyclodextrine. Die Schichten werden hinsichtlich ihrer korrosionsinhibierenden Wirkung gegen (a)biotische Korrosion von (un)legiertem Stahl optimiert; zudem soll ihre Langzeitstabilität erhöht werden.
Das Projekt "Bakterien-Protozoen-Interaktionen: Frassschutzmechanismen aquatischer Bakterien und ihre Effektivitaet gegenueber bakterivoren Protozoen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Institut für Zoologie, Biozentrum Köln, Arbeitsgruppe Allgemeine Ökologie durchgeführt. In Laborexperimenten soll die Induktion, Wirksamkeit und Regulation von Frassschutzmechanismen aquatischer Bakterien gegenueber Protozoen untersucht werden. Planktische Bakterienisolate, angereichert unter starkem Protozoenfrassdruck, sowie Isolate aus Stammsammlungen sollen in einem Testsystem hinsichtlich ihrer Faehigkeit untersucht werden, auf Frassdruck durch Protozoen mit phaenotypischen Aenderungen (z.B. Groesse, Form, Beweglichkeit, Produktion von Exopolymeren, elektrostatisches Potential und Hydrophobizitaet der Zelloberflaeche) zu reagieren, welche die Frassmortalitaet herabsetzen. Als Bakterienfresser dienen axenische und monoxenische Kulturen von heterotrophen Flagellaten und Ciliaten. Bakterieningestionsraten werden entweder mit fluoreszenz- oder radioaktiv markierten Bakterien oder mit spezifischen fluoreszenzgekoppelten Antikoerpern gemessen. Es soll ferner festgestellt werden, ob bakterivore Protozoen Signalsubstanzen ausscheiden, die eine chemische Induktion von Resistenzmechanismen in Bakterien bewirken. Mit Hilfe der Videoenhanced-Mikroskopie soll untersucht werden, in welcher Stufe des Fressvorganges durch Protozoen bestimmte Resistenzeigenschaften der Bakterien wirksam sind. Dabei werden insbesondere eigene Isolate bakterivorer Nanoflagellaten mit sehr unterschiedlicher systematischer Stellung und unterschiedlichen Nahrungsaufnahmestrategien verwendet.