Untersuchung der zeitlichen Entwicklung der Biofilmmatrix mit Hilfe der Raman-Mikroskopie (RM) und der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM)

Description: Im beantragten Forschungsvorhaben soll die Raman-Mikroskopie als Untersuchungsmethode für Biofilme neben der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie etabliert werden. Es soll ausgelotet werden, in wie weit die Raman-Mikroskopie in der Lage ist, ortsaufgelöst die chemische Zusammensetzung der extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) in Biofilmen zu identifizieren. Die geplanten Untersuchungen sollen an heterotrophen Biofilmen durchgeführt werden, die unter definierten Strömungsbedingungen und mit verschiedenen Substraten kultiviert werden. Die Frühphase der Biofilmbildung ist dabei von besonderem Interesse. Welche polymeren Substanzen bereiten die Primärbesiedlung von Oberflächen vor und wie verändert sich dieser auch als 'Konditionierung beschriebene Vorgang bei variierenden Kultivierungsmedien'. Die in dieser Phase zu generierenden Ergebnisse sind im Hinblick auf eine Verhinderung der Besiedlung von Oberflächen von außerordentlich großem Interesse. Die Veränderung der chemischen Zusammensetzung der EPS-Matrix im Kultivierungsverlauf und der Einfluss von oxidierenden Desinfektionsmitteln auf die Matrix bilden einen weiteren Untersuchungsschwerpunkt im beantragten Vorhaben. Alle Fragestellungen sollen mit der Raman-Spektroskopie bearbeitet werden. Parallel sollen mit Hilfe klassischer Verfahren (Wägung und Umsatzraten) und der CLSM (Mikroorganismen und EPS-Glycokonjugate) die Biofilme charakterisiert werden. Diese Vorgehensweise macht es möglich, wirklich neue Erkenntnisse in einen geeigneten Kontext zu den bisher bekannten Struktur-Funktions-Eigenschaften von Biofilmen zu setzen.

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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Desinfektionsmittel ? Abfallbehandlung ? Laser ? Lipid ? Tracer ? Biofilm ? Gebäude ? Kartographie ? Kolloid ? Mikroskopie ? Bakterien ? Karte ? Forschungsprojekt ? Bewässerung ? Chemikalien ? Chemische Zusammensetzung ? Protein ? Reaktor ? Studie ? Technik ? Mikroorganismen ? Stoff ? Messung ? in situ ? Umwelt ? Vertrag ? Gebiet ? Wasser ? Potenzial ? Änderung ? Überempfindlichkeit ? Beschreibung ? Ergebnis ? Erlass [Recht] ? Fraktion ? Gegenwart ? Güter ? Isotopenverhältnis ? Konzentrationswert ? Methode ? Nachweis ? Oberfläche ? Probe ? Referenz ? Spektrum ? Untersuchung ? Verhältnis ? Werkzeug ? Zeichen ? ein- ? eingeschränkt ? frei ? gemischt ? spezifisch ? umschlossen ? Annäherung ? Bestandteil ? Entwicklung ? Erfassung ?

Region: Bayern

Bounding boxes: 12.53381° .. 12.53381° x 47.795° .. 47.795°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Lehrstuhl für Wasserchemie und Wassertechnologie (Mitwirkende)
• Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie (Betreiber*in)
• Technische Universität München, TUM School of Engineering and Design, Institut für Wasser und Umwelt, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2006-01-01 - 2012-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Non-destructive analysis of biofilms by Raman Microscopy
  Description: Objectives: - Development of non-invasive technology for study of the biofilm composition and structure - Characterisation of extracellular polymeric substances (EPS) in biofilm, elucidation of individual components in EPS - Analysis of influence of grow conditions on the biofilm composition and structure. Method of Approach: - Reactor for biofilm grow - Raman Microscopy. Description: Biofilms present a universal way of microbial life in natural environment. They can grow on nearly every surface in contact with water. Besides cellular constituents, extracellular polymeric substances (EPS) are one major fraction of the biofilm matrix. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) offers in situ assessment of the biofilm structure. However, CLSM is not sufficiently specific to differentiate between various polymers (polysaccharides, proteins, nucleic acids and lipids) in a complex EPS matrix. Raman microscopy (RM) allows overcome these limitations and can be used for non-destructive chemical analysis of the biofilm matrix. The examination of a wide range of reference samples, including biofilm specific polysaccharides, proteins, microorganisms, and encapsulated bacteria, revealed characteristic frequency regions and specific marker bands for different biofilm constituents. The study of different multispecies biofilms revealed that RM can correlate various structural appearances within the EPS matrix to variations in their chemical composition and provide detailed chemical information about a complex biofilm matrix. However, the sensitivity of RM is limited. Surface-enhanced Raman scattering (SERS), which enables investigations of biomolecules at very low concentration levels, allows overcoming this drawback. We employed colloidal silver nanoparticles for in situ SERS measurements by RM and obtained reproducible SERS spectra from different biofilm constituents. The achieved enhancement factors of several orders of magnitude illustrates a good potential of SERS for sensitive chemical analysis of biofilms, including the detection of different components and the determination of their relative abundance in the complex biofilm matrix (SERS mapping). The results of RM/SERS analysis of biofilms are in good agreement with data obtained by confocal laser scanning microscopy (CLSM). Thus, RM and SERS can be an efficient tool for a label-free analysis of biofilms. Moreover, the combination of RM/SERS with CLSM analysis for the study of biofilms grown under different environmental conditions can provide new insights into the complex structure/function-correlations in biofilms. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1027255

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/29735727 (Webseite)

Status

Aktiv

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