31.08.2026<\/p>\n
Forschende des Korea Institute of Science and Technology Europe (KIST Europe) und der Universit\u00e4t des Saarlandes arbeiten gemeinsam an einer umweltfreundlichen Methode, um Schwermetalle in Gew\u00e4ssern zu erkennen und herauszufischen. <\/p>\n
Das Team aus Molekularbiologie und Physik arbeitet hierf\u00fcr auf dem Saarbr\u00fccker Campus zusammen. Das saarl\u00e4ndische Wirtschaftsministerium f\u00f6rdert das Projekt im Rahmen des Europ\u00e4ischen Fonds f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE).<\/p>\n
Von Arsen, Blei und Cadmium bis Quecksilber und Zink: Aus Industrie und Bergbau, aber auch etwa durch Autoabgase, Landwirtschaft, Pflanzenschutzmittel, Abf\u00e4lle oder auf nat\u00fcrlichem Wege wie durch Vulkane gelangen Schwermetalle in Umwelt und Gew\u00e4sser. <\/p>\n
Nehmen Pflanzen und Tiere diese auf, geraten die Schadstoffe in die Nahrungskette und landen schlie\u00dflich im menschlichen K\u00f6rper. Reichern sie sich in Organen und Geweben an, k\u00f6nnen sie der Gesundheit und durch die so in Summe entstehenden Kosten auch der Gesellschaft schaden.<\/p>\n
An diesem Punkt setzt ein Projekt an, bei dem Forschende der Universit\u00e4t des Saarlandes und des KIST Europe zusammenarbeiten: „Unser Ziel ist es, Schwermetalle aus Gew\u00e4ssern zu entfernen. Hierf\u00fcr entwickeln wir fach\u00fcbergreifend eine neuartige Methode“, sagt der Experimentalphysiker Uwe Hartmann von der Universit\u00e4t des Saarlandes. <\/p>\n
Schw\u00e4rme aus biologischen „Nano-Angeln“ sollen die Schwermetall-Teilchen fest an den Haken nehmen und ihren Fang aus dem Wasser bef\u00f6rdern. Die Saarbr\u00fccker Physiker entwickeln derzeit die Technologie, um die Schwermetalle in Gew\u00e4ssern aufzusp\u00fcren. Die Mikrobiologen am KIST Europe bauen die Nano-Angeln, die die Partikel im Wasser einfangen. <\/p>\n
Molekulare Bindungsspezialisten fischen Schwermetallpartikel aufHierf\u00fcr nutzt die Molekularbiologin Nuriye Korkmaz Zirpel eine spezielle Labortechnik, die sonst unter anderem zum Einsatz kommt, um neue Wirkstoffe zu entwickeln: das sogenannte Phagen-Display. „Phagen sind Viren, die f\u00fcr Menschen und Tiere ungef\u00e4hrlich sind. Sie befallen ausschlie\u00dflich Bakterien und k\u00f6nnen sich ohne ihre Wirtsbakterienzellen nicht eigenst\u00e4ndig vermehren“, erkl\u00e4rt die promovierte Forscherin. Phagen haben eine besondere Eigenschaft: Sie k\u00f6nnen Teilchen festhalten. Dies geschieht mit einer Art molekularem Angelhaken. „Dabei handelt es sich um Peptide auf der Oberfl\u00e4che der Viren. In unserem Fall sollen diese die Schwermetallionen binden“, erl\u00e4utert Nuriye Korkmaz Zirpel.<\/p>\n
Die Forscherin sucht am KIST Europe zun\u00e4chst nach den passenden „Angelhaken-Peptiden“. Dazu ver\u00e4ndert sie die DNA der Viren so, dass auf ihrer Oberfl\u00e4che verschiedene Peptid-Haken entstehen. Um herauszufinden, welche Phagen und Peptide die Schwermetallpartikel besonders gut einfangen k\u00f6nnen, bringt die Forscherin Milliarden dieser unsch\u00e4dlichen Viren mit den Schwermetallen in Kontakt. Sie w\u00e4hlt die erfolgreichsten Kandidaten aus und vermehrt diese. <\/p>\n
Zus\u00e4tzlich ver\u00e4ndert sie die Virenoberfl\u00e4che so, dass auf ihr nicht nur ein einzelner, sondern zahlreiche der effektivsten Peptid-Haken wachsen. Am Ende soll ein „Phagen-Display“ aus hochleistungsf\u00e4higen Bindungsspezialisten entstehen. „Diese Bindungseinheiten werden selektiv ihr Zielmolek\u00fcl erkennen und als Biorecognition-Einheit, also als Biosensor, weiter verwendet werden“, sagt Nuriye Korkmaz Zirpel.<\/p>\n
Empfindliches Sensorsystem f\u00fcr den Schadstoff-Fang Die Saarbr\u00fccker Experimentalphysiker aus Professor Uwe Hartmanns Forschungsgruppe entwickeln die Technologie, mit der sich die an die Phagen gebundenen Schwermetallpartikel nachweisen lassen, um sie anschlie\u00dfend herauszufischen. Die Arbeitsgruppe ist spezialisiert auf hochempfindliche Sensoren und deren vielseitigen Einsatz in praktischen Anwendungen. „Wir entwickeln im Rahmen dieses Projekts ein tragbares Bio-Sensorsystem auf Basis von Feldeffekttransistoren, um zu pr\u00fcfen, ob die Phagen Schwermetallpartikel aufnehmen“, erl\u00e4utert der promovierte Physiker Haibin Gao aus Hartmanns Team. <\/p>\n
Feldeffekttransistoren, kurz FETs, sind vom Prinzip her elektronische Schalter, die den Fluss von elektrischem Strom steuern. Schon kleinste \u00c4nderungen der elektrischen Umgebung am Transistor ver\u00e4ndern den Stromfluss und erzeugen messbare Signale. Die Forscher trainieren die Sensoren darauf, gezielt Ver\u00e4nderungen durch verschiedene Schwermetalle aus den empfangenen Signalen herauszulesen, und sensibilisieren sie, diese sehr zuverl\u00e4ssig zu erkennen.<\/p>\n
Dabei passen die Forscher die Bauelemente der Feldeffekttransistoren speziell an die besonderen Anforderungen an, die sich bei den mit Peptiden an Viren gebundenen Schwermetallpartikeln stellen. „Im Rahmen des Projekts werden wir hierf\u00fcr Feldeffekttransistoren mithilfe von Laserlithografie und Sputterverfahren entwerfen und herstellen“, erl\u00e4utert Haibin Gao die Technologie. <\/p>\n
Dies sind beides Verfahren, mit denen die Forscher die Sensoren so strukturieren und beschichten, dass diese die jeweiligen Schadstoffe sehr genau detektieren. „Um die Empfindlichkeit weiter zu verbessern und eine h\u00f6here Nachweisleistung f\u00fcr Schwermetalle zu erreichen, bringen wir au\u00dferdem Kohlenstoffnanor\u00f6hren als Material f\u00fcr den FET-Kanal zum Einsatz“, erkl\u00e4rt der Physiker.<\/p>\n
Das Forschungsteam erprobt seine Technologie im Rahmen zahlreicher Testreihen mit Wasserproben. „Wir testen derzeit die erste Generation des FET und gehen davon aus, dass wir das Konzept schon sehr bald demonstrieren k\u00f6nnen“, erkl\u00e4rt Haibin Gao. „Auf l\u00e4ngere Sicht arbeiten wir unter anderem daran, zu kl\u00e4ren, wie wir Interferenzen, also Einfl\u00fcsse, die die Messungen st\u00f6ren, mittels Algorithmen auf Basis von K\u00fcnstlicher Intelligenz minimieren k\u00f6nnen“, sagt der Forscher.<\/p>\n
Nachdem die Schwermetallpartikel von den Feldeffekttransistoren erkannt und mithilfe der Phagen-Angeln dingfest gemacht werden k\u00f6nnen, gilt es auf l\u00e4ngere Sicht, Methoden zu erforschen und zu entwickeln, sie mit umweltfreundlichen Verfahren aus dem Wasser heraus zu bef\u00f6rdern. „Perspektivisch wollen wir beispielsweise versuchen, die Phagen zus\u00e4tzlich mit magnetischen Nanopartikeln zu verbinden, so dass die Komplexe mit Magneten aus dem Wasser entfernt werden k\u00f6nnten“, sagt Uwe Hartmann. <\/p>\n
„Wir werden der Frage nachgehen, wie wir den Schwermetall-Nachweis und das Verfahren zur Entfernung der Schwermetalle in der praktischen Anwendung am besten kombinieren k\u00f6nnen. Auch werden wir daran arbeiten, mehrere Schwermetalle zugleich zu analysieren, um die Methode effektiver zu machen“, wirft Uwe Hartmann einen Blick in die Zukunft dieser neuartigen Technologie.<\/p>\n
Das Ministerium f\u00fcr Wirtschaft, Innovation, Digitales und Energie des Saarlandes f\u00f6rdert das Projekt im Rahmen des Programms „Investitionen in Besch\u00e4ftigung und Wachstum“ des Europ\u00e4ischen Fonds f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) mit rund 580.000 Euro.<\/p>\n