PFASense: Ein bio-elektrochemischer Sensorarray zur Detektion von Perfluoralkylsäuren (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer innovativen technologischen Lösung für die Frage wie sich zeitnah Informationen über die Qualität von Abwässern erhalten lassen, die in Oberflächengewässer eingeleitet werden, ohne auf verzögert zur Verfügung stehende, analytische Informationen aus einem Labor angewiesen zu sein? Dieser Bedarf an zeitnahen Informationen für eine Bewertung von Abwasser und Wasserproben kann perspektivisch mittels eines bio-elektrochemischen Sensorarrays gedeckt werden, der im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts für den Nachweis von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) entwickelt wird aber grundsätzlich auf weitere Schadstoffgruppen übertragen werden kann. PFAS sind eine Gruppe persistenter Wasserschadstoffe, die ein erhebliches Umweltproblem darstellen. Für die Detektion von PFAS werden diese durch molekular geprägte Membranen (molecular impronted membranes, MIMs) angereichert und anschließend durch einen Array verschieden modifizierter Elektroden detektiert: (a – chemische Eigenschaften) mit hydrophoben Filmen modifiziere Elektroden mit verschiedenen Selektivitäten für spezifische PFAS-Moleküle zur direkten elektrochemischen Erfassung von Zielmolekülen und (b – biologische Eigenschaften) Elektroden mit eingebetteten Bioreportern (auf Bakterien- und Hefebasis) für die Erfassung biologischer Effekte, die durch PFAS hervorgerufen werden können. Durch die multiparallele Charakterisierung der Probe mittels verschiedener, komplementärer Detektionsmechanismen wird ein elektrochemischer "Fingerabdruck" erzeugt der durch einen KI-basierten Algorithmus für die qualitative und quantitative Analyse von PFAS ausgewertet wird. Nach der Entwicklung der Sensorhardware und dem Training des Auswertealgorithmus wird der entwickelte Sensor-Array über eine Erhebung von Präzisionsdaten chemisch-analytisch charakterisierter Realproben validiert und seine Eignung für unterschiedliche Anwendungsfelder und Probentypen bewertet.