🏛 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau
Die IMTEK-Gruppe entwickelte ein elektrochemisches Lab-on-a-Chip zur Überwachung von Glyphosat in Wasser nach Anreicherung in Konzentratoren mit molekular geprägten Polymeren (MIP). Durch die Optimierung des Messprotokolls mit dem Sensor wurde eine hohe Empfindlichkeit für den Nachweis von Glyphosat erreicht, und durch die Anpassung des Protokolls für die Nutzung des Konzentrators konnte die Leistung auch nach mehrfacher Nutzung desselben Konzentrators verbessert werden. Unsere Arbeit wurde in einer wissenschaftlichen Zeitschrift mit Peer-Review, ACS Sensors, veröffentlicht und auf zwei großen internationalen wissenschaftlichen Konferenzen vorgestellt. Die aktuellen Arbeiten befassen sich mit dem Nachweis von Glyphosat direkt im Wasser, seiner Wechselwirkung mit Schwermetallen und dem parallelen Nachweis von Schwermetallen.
🏛 Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW
Die FHNW machte Fortschritte bei den experimentellen und technischen Aspekten der Entwicklung einer kostengünstigen mobilen NMR-Empfangskette auf SDR-Basis, die unter anderem dazu dienen soll, Glyphosat in einer bestimmten Probe zu erfassen und zu identifizieren. Die Ergebnisse dieses im Labor hergestellten Systems wurden mit einem kommerziellen NMR-System verglichen, um dessen Fähigkeiten zu bestätigen. Die Experimente werden sich nicht auf das erwähnte Herbizid beschränken, sondern auch eine Vielzahl anderer chemischer Substanzen einschließen. Die gewonnenen NMR-Spektren werden auch als Referenzdaten für die Entwicklung eines von der Universität Straßburg entwickelten Degradationsfeld-NMR-Simulators verwendet.
🏛 Hochschule Furtwangen Universität
In einer bilateralen Zusammenarbeit mit UNISTRA zur Entwicklung des OAS-Detektors haben wir erfolgreich mikrofluidische Kanäle (Länge x Breite x Tiefe: 2 cm x 550 µm x 300 µm) und Kammern (Länge x Breite x Tiefe: 2 cm x 2 cm x 300 µm) in Quarzglasscheiben (UV-Transparenz ab λ = 170 nm und chemisch inert) hergestellt. Diese mikrofluidischen Chips wurden im Technologielabor für Nano- und Mikrosysteme der HFU hergestellt. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass die Kombination einer Poly-Silizium-Schicht (1,8 µm) mit einem organischen Fotolack AZ1518 (1,7 µm) als Maskierungsschicht zu einer lochfreien Tiefätzung in Quarzglaswafern in 49%iger Flusssäure (HF) bei Raumtemperatur führte (Ätzrate ca. 1 µm/min). Darüber hinaus wurden Einlass-/Auslasslöcher mit einem Durchmesser von 1 mm erfolgreich in Quarzglasscheiben sowie in einseitig polierte monokristalline Siliziumscheiben gebohrt, die dann als Deckel für die Herstellung geschlossener Mikrofluidik-Chips verwendet wurden.
Darüber hinaus wurde eine weitere bilaterale Zusammenarbeit mit UNISTRA zur Entwicklung des µNMR-Sensors aufgebaut. Von Seiten der HFU wurde ein Konzept zur Mikrofertigung einer spiralförmigen Spule (17 Windungen, Kupferspurbreite 100 µm, Dicke 100 µm und Abstand 50 µm) auf der Oberfläche eines Glaskapillarrohrs (2,5 mm Durchmesser) entwickelt, die als Sende-/Empfangsspule für das µNMR-System dienen sollte. Als vorläufiger Machbarkeitsnachweis wurde eine flexible Schattenmaske durch elektrochemische Abscheidung einer Nickel-Kobalt-Legierung hergestellt, mit der Kupfer (Plattierungsbasis) auf den Glaskapillarrohren durch Sputtern abgeschieden werden sollte.
🏛 Technische Universität Kaiserslautern
Die Kaiserslauterer Gruppe konzentrierte sich in den letzten Monaten auf die Untersuchung ihres zuvor entwickelten Glyphosat-Adsorbers. Dieses Polymer besitzt eine hohe Glyphosat-Adsorptionskapazität, die nun quantifiziert wurde. Neben Batch-Experimenten wurden auch Fließexperimente durchgeführt, um die Glyphosat-Adsorption unter Bedingungen zu untersuchen, die denen der geplanten Anwendung ähneln. Die Experimente zeigten, dass die Elution des adsorbierten Glyphosats erstaunlich ineffizient ist. Die derzeitigen Arbeiten konzentrieren sich daher auf die Verbesserung des Polymermaterials im Hinblick auf die Adsorptions- und Elutionseigenschaften.
In den letzten Monaten des WPS-Projekts haben wir den mikrofluidischen Teil unseres optischen Analysesystems (OAS) verbessert, indem wir eine Differenzmessung eingeführt haben, die den Fehler aufgrund des Backgrounds korrigiert, der notwendig ist, um die angestrebten niedrigen Konzentrationen zu messen. Aus Sicherheitsgründen, die mit der Gefährlichkeit des untersuchten Schadstoffs (Benzopyren) zusammenhängen, fiel unsere Wahl auf ein Ventilsystem. Die Messungen von Benzopyren in reinem Ethanol zeigen einen exponentiellen Abfall mit einer Lebensdauer von etwa 14 ns.
Parallel dazu arbeitete ein anderes Team in Zusammenarbeit mit der FHNW an der NMR-Komponente. Wir nahmen an der Messkampagne der FHNW mit einem kommerziellen NMR-System teil und entwickelten einen Simulator, mit dem wir ausgehend von einem idealen Spektrum das NMR-Spektrum vorhersagen konnten, das sich in einem verschlechterten B0-Feld ergeben würde. Dieser Simulator, der zunächst für den einfachen Fall eines zweidimensionalen Problems entwickelt wurde, wurde nun auf 3D ausgeweitet. Er soll helfen, die Nachweisgrenze und die kritische Feldhomogenität zu ermitteln, unterhalb derer die Messungen möglicherweise nicht mehr verwertbar sind.