Laufzeit: 8.2020 – 4.2022

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Projektteam:

Dr.-Ing. Shelesh Agrawal | FB 13, Fachgebiet Abwasserwirtschaft, Institut (IWAR)

Prof. Dr. Jörg J. Schneider | FB 7, Fachgebiet Anorganische Chemie, Eduard-Zintl Institut

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Projektbeschreibung:

Ziel des Projekts ist die Nutzung vertikal ausgerichteter Kohlenstoffnanoröhren (VACNTs), um einen Sensor für die Überwachung der mikrobiellen Wasserqualität zu entwickeln.

Das in diesem Projekt entwickelte Sensorelement besteht aus vertikal angeordneten Kohlenstoffnanoröhren (VACNT) die auf einem hoch leitfähigen Siliciumsubstrat abgeschieden werden. Dazu ist es notwendig entsprechenden Haft- und Katalysatorschichten aufzubringen. Die Abscheidung der VACNT Strukturen erfolgt über einen Gasphasenabscheidungs- prozess (CVD). Durch Strukturierungsprozesse des Katalysators kann das Wachstum der CNT kontrolliert werden. Durch Masken- und Photolithographieprozesse ist es möglich 8 x 8 array-Strukturen einzelner Sensorelemente zu erzeugen und auch elektrisch zu kontaktieren. Erste Untersuchungen zur Funktionalisierung und Charakterisierung der array-Strukturen mittels bakterieller DNA konnten erfolgreich ausgeführt werden.

Für die Funktionalität des Sensors wurde zusätzlich zu der Entwicklung der auf Kohlenstoffnanoröhren basierte Sensormaterialien spezifische Primersonden entwickelt mit dem Fokus auf dem Trinkwasser-Pathogen Ps. aeruginosa. Dabei wurde schnell auf das ecfX-Gen abgezielt, weil dieses Spezies-spezifisch ist und es zuvor in mehreren Studien als zuverlässiger genetischer Marker für Ps. aeruginosa identifiziert worden war. Die Primersonde efc164 hat sich in den untersuchten Sonden als geeignetste herausgestellt, sowohl für PCR als auch qPCR. Jedoch konnte die spezifische Kopplung der Sensorelemente mit den VACNTs nicht weiterausgeführt werden, da die wässrige Lösung der Sonden zu einem Lösen der Kohlenstoffnanoröhren von den Sensormaterialien geführt hat. Daher wurden die DNA-Sonden weiter modifiziert, um die Kopplung zwischen VACNTs und den DNA-Sonden zu verbessern. Von mehreren modifizierten Sonden zeigte die modifizierte C7-Aminosonde eine stabile Kopplung an VACNTs ohne Auflösung der Kohlenstoff-Nanoröhren.