Das Projekt "Potentiometrische Chemosensoren fuer den Schadstoffnachweis in Gewaessern und Grundwaessern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ASTEC Agentur für Sensor-Technologie GmbH durchgeführt.
Das Projekt "Entwicklung und Anwendung chemischer Sensoren zur Inline-Ueberwachung von Umweltschadstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut für Radiochemie durchgeführt. Bei den chemischen Sensoren sind insbesondere optische Indikatoren, die an Lichtleitern immobilisiert oder absorbiert werden (sogen. Optroden) zur simultanen Erfassung diverser Schadstoffkomponenten von Interesse. Es sollen Optroden und Sensor-Arrays fuer die flaechendeckende Erfassung von Metallen und Schwermetallen entwickelt werden. Die Erfahrungen bei der Entwicklung von selektiven optischen Sensoren werden auch fuer potentiometrische Detektionsverfahren (ChemFET, ISFET) genutzt. Die gegenwaertigen Arbeiten beziehen sich auf die Gewaesserueberwachung mit optisch-biochemischen Sensoren fuer Nitrat, Sulfat und Ammonium.
Das Projekt "Teilvorhaben: Evaluierung und Übertragung auf Indoor Farm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Institut für Gartenbau durchgeführt. Indoor Vertical Farming wird als vielversprechende Option für die zukünftige Nahrungsmittelproduktion angesehen. Die Multiplikation der Kulturfläche durch vertikale Kultursysteme führt zu einer erheblichen Steigerung der Flächeneffizienz. Die Nutzung von LEDs als alleinige Lichtquelle und die Kultivierung innerhalb eines von der Globalstrahlung isolierten Raumes ermöglich zudem eine standortunabhängige und hochgradig präzise Pflanzenproduktion unter optimalen Klimabedingungen. Die Bewässerung erfolgt hydroponisch, was ein optimiertes Nährstoffmanagement erfordert, da sowohl eine über- als auch eine Unterschreitung des Optimums innerhalb kürzester Zeit zu Schäden bzw. einem Totalausfall führen können. Derzeit übliche Summenparameter zur Messung und Steuerung der Nährlösung sind für die Nutzung in einer Indoor Vertical Farm nur unzureichend nutzbar, da präzise Angaben über die Einzelzusammensetzung lediglich über kosten- und zeitaufwendige Laboranalysen erreicht werden können. Da ein kontinuierliches Monitoring und eine exakte Versorgung der Pflanzen bis heute nicht möglich sind, kann das volle Potential einer Indoor Vertical Farm nicht ausgeschöpft werden. Die Entwicklung von Sensoren zur Ionen-selektiven Messung sind daher von essenzieller Bedeutung für die zukünftige Produktion in Indoor Vertical Farming Systemen. Im Projekt sollen potentiometrische und photometrische Sensoren zur automatischen und IoT unterstützten Erfassung von NPK, Ca, Mg miniaturisiert, weiterentwickelt und auf die spezifischen Bedürfnisse einer Indoor Vertical Farm angepasst werden. Darauf aufbauend ist ein präzises Düngermanagement möglich. Im Teilvorhaben der HSWT werden über praxisnahe Versuche Daten zur Kalibrierung sowie späteren Validierung der entwickelten Sensoren erfasst. Der Fokus liegt dabei auf der Pflanze sowie der Interaktion des Gesamtsystems und im späteren Verlauf des Projekts in der Übertragung des entwickelten Systems auf praxisnahe Indoor Farming Systeme.
Das Projekt "Teilvorhaben: Konstruktion und Integration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sondermaschinenbau Brückner GmbH durchgeführt. Indoor Vertical Farming wird als vielversprechende Option für die zukünftige Nahrungsmittelproduktion angesehen. Die Multiplikation der Kulturfläche durch vertikale Kultursysteme führt zu einer erheblichen Steigerung der Flächeneffizienz. Die Nutzung von LEDs als alleinige Lichtquelle und die Kultivierung innerhalb eines von der Globalstrahlung isolierten Raumes ermöglich zudem eine standortunabhängige und hochgradig präzise Pflanzenproduktion unter optimalen Klimabedingungen. Die Bewässerung erfolgt hydroponisch, was ein optimiertes Nährstoffmanagement erfordert, da sowohl eine über- als auch eine Unterschreitung des Optimums innerhalb kürzester Zeit zu Schäden bzw. einem Totalausfall führen können. Derzeit übliche Summenparameter zur Messung und Steuerung der Nährlösung sind für die Nutzung in einer Indoor Vertical Farm nur unzureichend nutzbar, da präzise Angaben über die Einzelzusammensetzung lediglich über kosten- und zeitaufwendige Laboranalysen erreicht werden können. Da ein kontinuierliches Monitoring und eine exakte Versorgung der Pflanzen bis heute nicht möglich sind, kann das volle Potential einer Indoor Vertical Farm nicht ausgeschöpft werden. Die Entwicklung von Sensoren zur Ionen-selektiven Messung sind daher von essenzieller Bedeutung für die zukünftige Produktion in Indoor Vertical Farming Systemen. Im Projekt sollen potentiometrische und photometrische Sensoren zur automatischen und IoT unterstützten Erfassung von NPK, Ca, Mg miniaturisiert, weiterentwickelt und auf die spezifischen Bedürfnisse einer Indoor Vertical Farm angepasst werden. Das Teilvorhaben von Brückner Sondermaschinen GmbH umfasst die Konstruktion und Realisierung der Test Units sowie die Integration der vom Projektpartner zu entwickelnde Sensorik zur Überwachung von Nährstoffen.
Das Projekt "Teilprojekt 3.8: Entwicklung impedimetrischer Sensoren zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen durch immobilisierte ganze Zellen sowie Referenzierung entwickelter Sensoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuen impedimetrischen Sensoren. Die Sensoren sind mit Ganzzellen als biologische Komponenten zu modifizieren und zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen einzusetzen. Impedanzspektroskopie und Oberflächenplasmonenresonanz sind als Messmethoden zur Bestimmung der Schad- und Wertstoffaufnahme, insbesondere jedoch von Metallionen, in kontaminierten Umweltproben, vorzugsweise von Bergbau- und industriellen Abwässern einzusetzen. Strategische wichtige Metalle sollen aus Industriewässern entfernt werden. Die Grundstrukturen der Sensoren sind mittels Siebdrucktechnik zu fertigen und mittels spezifischer Beschichtung mit Ganzzellen als Biokomponenten für impedimetrische Schadstoffbestimmungen zu präparieren. Zielanalyte sind ausgewählte Metallionen. Verschiedene Tranducerkomponenten sind auszuwählen und elektrochemisch zu untersuchen und zu charakterisieren. Eine Referenzierung mit neuen voltammetrischen und potentiometrischen Sensoren ist zu gewährleisten. Die Sensorkenngrößen sind zu ermitteln und die Messparameter zu optimieren. Spektroskopische Laboranalysenmethoden, wie z.B. die Atomabsorptionspektroskopie, sollen als Referenzmethoden zum Einsatz kommen. Eine Validierung der Sensoren in realen Medien und in Feldversuchen ist zu erzielen.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Entwicklung und Testbetrieb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Innovatec Gerätetechnik GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens micrOzone ist die Entwicklung eines neuartigen Systems zur Entkeimung von Wasser bzw. von wasserführenden Anlagenteilen. Das System besteht aus einem miniaturisierten low-cost Ozonerzeuger, welcher direkt im Wasser durch Elektrolyse kleine Dosen von Ozon erzeugt und welcher durch einen potentiometrischen Sensor gesteuert wird. Die standardisierten Komponenten erlauben den Einbau von einzelnen oder mehreren Einheiten zur Sicherstellung der mikrobiologischen Wasserqualität einer typischen Anwendung. Eine erste Anwendung solcher Systeme wird im Bereich von Schankanlagen für Softdrinks gesehen. Die technisch-wissenschaftlichen Herausforderungen dieser Innovation sind:1. die Leistungsfähigkeit der Ozongeneratoren über lange Betriebszeiten in Wasser unterschiedlicher Qualität (Arbeitspaket 1), 2. die Entwicklung geeigneter Sensormaterialien für den Nachweis von Ozon (Arbeitspaket 2) 3. der Machbarkeits- und Wirkungsnachweis des Systems hinsichtlich mikrobiologischer und chemischer Wasserqualität (Arbeitspaket 3). siehe Arbeitspakete und Zeitplan (Anlage zur Projektbeschreibung).
Das Projekt "Teilvorhaben: DataHarvest" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Domatec GmbH durchgeführt. Gedruckte Nanomaterialien für die Mikrosensorik - PRINTed Sensors: In der Trinkwasseranalytik ist die exakte Messung von Prüfwerten eine wichtige Voraussetzung Zur Bestimmung der Qualität des Trinkwassers. Die Vor-Ort-Kalibrierung von handelsüblichen Sensoren ist zeitaufwändig und erfordert umfangreiche Kenntnissein der Handhabung und Konservierung von Pufferlösungen. Die Bereitstellung von gedruckten Mikrosensoren in der Trinkwasseranalytik führt zu einer hohen Präzision der Prüfwerte und Vereinfachung von Messungen. Es soll gezeigt werden, dass sich mit gedruckten Sensoren breite Anwendungsfelder erschließen lassen. (AP-1)Integration von potentiometrischen Mikrosensoren in ein geeignetes Testumfeld für die Ermittlung von Prüfwerten in der Trinkwasseranalytik. (AP-2) Untersuchung und Dokumentation einer möglichen Freisetzung von Nanomaterialien aus den Sensorstrukturen in wässrigen Medien. (AP-3) Spezifikationen (Pflichtenheft) für Test- und Funktionsmuster zu Kunststoffteilen für Einweg-Chips in der Trinkwasseranalytik sowie für Teile zur Sensor-Kalibration. Entwicklung einer Software zur Wasserqualitätsanalytik,
Das Projekt "Multimodale Sensoren für die Umweltanalytik in flüssigen Medien im industriellen Umfeld" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Institut für Nano- und Biotechnologien durchgeführt. In einer Vielzahl von industriellen Prozessen kommen umweltgefährdende und teilweise giftige Substanzen bei der Herstellung zum Einsatz, wie beispielsweise in Kabeln, Farben, Legierungen, Batterien, etc. Dabei handelt es sich häufig um anorganische Stoffe wie Schwermetalle (z.B. Blei, Cadmium, Kupfer), die je nach Konzentration bei Wechselwirkung mit dem Menschen akute bzw. chronische Vergiftungen hervorrufen können. Aus diesem Grund ist es von großer Wichtigkeit, eine zeitnahe und kontinuierliche Vor-Ort-Überwachung solcher industriellen Abwässer sicherzustellen, um einer Kontamination des Brauchwassers vorzubeugen. Herkömmlich genutzte Verfahren für die Wasseranalyse wie die Atomabsorbtionsspektrometrie oder die Flüssigchromatographie bieten zwar eine hervorragende untere Nachweisegrenze, sind jedoch kostenintensiv und nur von geschultem Personal in einem Labor zu betreiben. Potentiometrische Sensoren repräsentieren eine kostengünstige Alternative für die Vor-Ort-Überwachung solcher Schadstoffe; die Sensoren sind vielseitig und variabel einsetzbar. Die Grundstruktur dieser Sensoren (Transducerstruktur) wird mittels konventioneller Halbleitertechnologie prozessiert. Die sensitiven Membranen werden im Anschluss auf die vorstrukturierten Elektrodenoberfläche abgeschieden. Diese Membranen sind so modifiziert, dass bei bestimmten Ionen in dem zu untersuchenden Analyten ein Sensorsignal generiert wird. Somit ist es möglich, verschiedene Ionen zu detektieren, wobei jeweils dieselbe Basisstruktur verwendet werden kann. Ein großer Vorteil von potentiometrischen Halbleitersensoren ist es, dass sie miniaturisiert werden können. Dies impliziert, dass mehrere Sensoren zur zeitgleichen Detektion verschiedener Ionen auf einem einzigen Sensorchip realisiert werden können; es lässt sich auf diese Art und Weise ein Sensorarray aufbauen. In dem am Institut für Nano- und Biotechnologien durchgeführten Vorhaben 'Multimodale Sensoren für die Umweltanalytik in flüssigen Medien im industriellen Umfeld' werden gemeinsam mit den russischen Industriepartnern Sensor Systems und Lumex, sowie dem Centre for Water Research and Quality Control (St. Petersburg) Sensoren zur Detektion verschiedener Kontaminationen, wie sie im industriellen Umfeld auftreten, entwickelt. Die Sensormembranen bestehen einerseits aus Chalkogenidgläsern, die mittels Laserdeposition abgeschieden werden und andererseits aus neu entwickelten Polymermembranen auf der Basis von Kationenaustauschern und chelatkomplexbildenden Substanzen.
Das Projekt "Bio-LAPS - Optimierung des Betriebs eines Biogasfermenters mit Hilfe eines Feldeffekt-Biosensors auf Basis eines lichtadressierbaren potentiometrischen Sensors (LAPS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Institut für Nano- und Biotechnologien durchgeführt. Das Institut für Nano- und Biotechnologien der Fachhochschule Aachen (Labor für Chemo- und Biosensorik; Labor für Pflanzenbiotechnologie) will im Rahmen des geplanten interdisziplinären Vorhabens einen optimierten Betrieb von Biogasfermentern mit Hilfe eines neuartigen Feldeffekt-Biosensors auf Basis eines lichtadressierbaren potentiometrischen Sensors ('Bio-LAPS') entwickeln. Dies beinhaltet die Entwicklung eines Feldeffekt-Biosensors zur Überwachung der Vitalität von Bakterien anhand derer metabolischen Aktivität, die Entwicklung eines Anaerob-Parallelfermentersystems sowie die Herstellung artenspezifischer DNA-Sonden zur Bakterienidentifikation auf Basis der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben ist grundlagenorientiert. Der Arbeitsplan unterteilt sich in 3 Arbeitspakte. Diese werden im Antrag detailliert beschrieben. Während des Projektzeitraums und darüber hinaus sollen die erzielten Ergebnisse durch entsprechende Veröffentlichungen publiziert werden. Bei einer erfolgreichen Entwicklung der im Vorhaben vorgeschlagenen bioanalytischen Kontrollmethoden soll im nächsten Schritt ein up-scaling durchgeführt werden.
Das Projekt "Biosensoren fuer Sauerstoffdruck, pCO2/pH und Glukose auf der Basis von spezialisierten Zellen des Glomus caroticum, des Gehirns und der Gefaesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Systemphysiologie durchgeführt. Drei Zelltypen tierischen Ursprungs, die eine hohe Stoffwechselempfindlichkeit gegenueber Sauerstoffdruckaenderungen (pO2), Aenderungen des Glukosegehaltes und Veraenderungen des pCO2/pH besitzen, sollen als primaere Sensoren in einem Biosensor fuer pO2, pCO2/pH und Glucose verwandt werden. Der eine Zelltyp stammt aus dem Glomus caroticum, das als Chemorezeptor mit Hilfe eines Proteins, das fluoreszenzoptisch erfasst werden kann, in der Lage ist, den Sauerstoffdruck im Blut zu messen. Der zweite Zelltyp ist die Rattengliomazelle, die in der Sphaeroidkultur ihre H(xp=+)-Ionenproduktion in enger Korrelation mit dem Glukoseangebot, pO2 und pCO2/pH regelt. Der dritte Zelltyp ist die Endothelzelle, deren intrazellulaerer Calciumspiegel vom pO2 abhaengt. Durch optische oder potentiometrische Erfassung der spezifischen Signale soll der von uns projektierte Biosensor als primaerer Rezeptor die biologische Zelle verwenden. So kann ein von der Natur in der Evolution hochspezialisierter Rezeptorprozess an technische Geraete angekoppelt und zur Multiparametererfassung in der Medizin und Biologie eingesetzt werden.
