Elektroden finden Gifte im Wasser

Der Chemiker Philipp Fruhmann entwickelt Sensoroberflächen, die Verunreinigungen im Meer oder in der Donau messen. Die Sensoren melden bereits geringste Konzentrationen.

Philipp Fruhmann forscht derzeit nahe am Wasser: Sensoren mit Biomolekülen erkennen unterschiedlichste Substanzen darin.
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Philipp Fruhmann forscht derzeit nahe am Wasser: Sensoren mit Biomolekülen erkennen unterschiedlichste Substanzen darin.
Philipp Fruhmann forscht derzeit nahe am Wasser: Sensoren mit Biomolekülen erkennen unterschiedlichste Substanzen darin. – (c) Florens Kosicek

Sea on a Chip, also „Meer auf einem Chip“ heißt ein Projekt, an dem Philipp Fruhmann derzeit in Wiener Neustadt forscht. Das Projekt wird von der EU finanziert und hat als Ziel ein schwimmendes Gerät, das über Funk an Messstationen durchgibt, wie viel von welcher Verunreinigung im Meer zu finden ist. Die kleinen Roboter können gleichzeitig die Konzentration von bis zu acht Substanzen messen – ein Riesenschritt für ein übersichtliches Umweltmonitoring. Fruhmann hat an der TU Wien studiert und arbeitet seit zwei Jahren am Cest – Kompetenzzentrum für elektrochemische Oberflächentechnologie, das in Linz und Wiener Neustadt seine Standorte hat und vom Technologie- und Wissenschaftsministerium im Rahmen des Comet-Programmes gefördert wird.

„Das Projekt fällt in den Themenbereich der Biosensorik, der seit einigen Jahren sehr boomt“, sagt Fruhmann. Sein Team entwickelt dabei Oberflächen, auf denen speziell designte Antikörpern fixiert sind, die an gewisse Substanzen binden. Durch die Bindung, die der Antikörper mit dem Stoff – in diesem Fall einer Verunreinigung – eingeht, verändert sich der elektrische Strom, der durch diese Oberfläche fließt. Diese Änderung reicht als Signal für den Detektor, der die gefundene Verunreinigung an die Messstelle sendet.

 

Antikörper erkennen gesuchte Stoffe

„Biomoleküle wie Antikörper als Erkennungseinheit zu nutzen hat den großen Vorteil, dass man die Methodik, wenn sie einmal funktioniert, mit relativ wenig Aufwand auf die Detektion von anderen Stoffen umlegen kann. Man muss nur neue, passende Antikörper kaufen oder designen lassen“, sagt Fruhmann. Er entdeckte früh seine Begeisterung für die Chemie und Biochemie: Schon in der Unterstufe des Gymnasiums wurde ihm klar, wie spannend Chemie ist. Daher ging er an die HTL für Biochemie und Bioanalytik. „Für meine Abschlussarbeit konnte ich an der TU Wien im Institut für Angewandte Synthesechemie forschen. Und dort bin ich quasi bis zu meiner Dissertation geblieben, stets gut betreut von Johannes Fröhlich, der inzwischen Vizerektor an der TU Wien ist“, sagt Fruhmann. Während der Diplomarbeit und Dissertation waren Mykotoxine, also Schimmelpilzgifte, sein Thema. Es ging um den Nachweis, wo wie viel Gift drinnen ist. „Das Design des Sensors steht immer im Vordergrund: Wie schafft es der Sensor, eine extrem geringe Konzentration von einer Substanz zu messen? Wenn man diese Herausforderung löst, kann man es nicht nur für Schimmelpilzgifte einsetzen, sondern für viele andere Substanzen.“

Die jetzigen Sensoren können bereits minimalste Konzentrationen auffinden: „Etwa so, wie wenn man in einem Olympia-Swimmingpool mit 50 Metern Länge ein Stück Würfelzucker auflöst.“ Das Projekt „Watersense“, das von der NÖ Forschungs- und Bildungsgesellschaft (NFB) gefördert wird, will mit so einer Technologie organische Wasserverunreinigungen auffindbar machen. „Wir konzentrieren uns auf den Donauraum in Niederösterreich, vor allem auf die Abschnitte bei Tulln und knapp vor und knapp nach Wien“, sagt Fruhmann. Wo kommt wie viel von medizinischen Substanzen wie Paracetamol und anderen pharmazeutisch aktiven Verbindungen im Donauwasser vor?

 

Elektroden für das Handy zu Hause?

„Die Methode, dass man Elektroden zur Bestimmung von Konzentrationen nutzt, wird sich weiter durchsetzen“, sagt Fruhmann. Er kann sich vorstellen, dass wir in etwa zehn Jahren zu Hause Elektroden haben, die man an das Smartphone anschließen kann, um selbst zu bestimmen, welche Blutwerte man hat oder wie viel eines Allergens in einem Lebensmittel vorhanden ist.

Als Ausgleich nach und vor der Arbeit geht Fruhmann zwei- bis dreimal pro Woche laufen und nimmt regelmäßig an Marathonbewerben teil. Manchmal startet das Training um sechs Uhr früh, damit er das Laufen nicht von der wertvollen Zeit mit seinen zwei Söhnen abziehen muss. Und seit Kurzem hat er wieder seine E-Gitarre aus dem Kasten geholt und übt, um vielleicht bald wieder in einer Band zu spielen. Wie früher als Student.

ZUR PERSON

Philipp Fruhmann wurde 1983 in Wien geboren und studierte an der TU Wien Angewandte Synthesechemie. Für ein Jahr ging er als Erasmusstudent an die Universität Lund in Schweden. Nach der Dissertation an der TU Wien forschte Fruhmann an der Boku Wien am IFA Tulln und kam dort in Kontakt mit der Arbeitsgruppe am Cest in Niederösterreich. Heute lebt Fruhmann mit seiner Frau und zwei Kindern in Wiener Neustadt.

Alle Beiträge unter:diepresse.com/jungeforschung

("Die Presse", Print-Ausgabe, 29.07.2017)

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