Ziel ist die Herstellung von Abdichtmaterialien gegen eindringendes Wasser in Form von Profilen, Folien, Pasten und Injekten, die das Grundwasser nicht belasten und fuer die Arbeitssicherheit unbedenklich sind. Ferner werden oekologisch vertraegliche Abdichtmaterialien gegen Kraftstoffe entwickelt. Ergebnisse: Durch den Einsatz unbedenklicher Rohstoffe wie dem Monomer Hydroxyethylmethacrylat einerseits sowie durch Optimierung der Aushaertebedingungen andererseits konnte sichergestellt werden, dass bei Injektionsmassnahmen mit fluessigen, aushaertenden Abdichtmaterialien mit nicht zu vermeidendem Wasserkontakt diese optimal ausreagieren und keine hochtoxischen Stoffe ins Grundwasser gespuelt werden. Zur Expositionsermittlung wurde eine Pruefapparatur entwickelt, mit der sich die Umweltbedingungen definiert nachstellen lassen. Die Oekotoxizitaet wurde mit TTC- und Leuchtbakterientest sowie Bakterienwachstumshemmtesten geprueft, ferner TOC, pH und Leitfaehigkeit kontaktierter Waesser. Dabei konnte abgesichert werden, dass die Eluate der ausgehaerteten Produkte ebenfalls nicht mehr mit toxischen Stoffen belastet sind. Eine hervorragende Abdichtwirkung gegen Wasser wird durch die Wasseraufnahmefaehigkeit der Materialien erzielt: durch Quellung und Volumenzunahme wird eine mit Abdichtmaterial gefuellte Fuge dicht verschlossen. Nach dem gleichen Prinzip wurden Abdichtmaterialien entwickelt, die durch schnelle Kraftstoffaufnahme gegen Diesel und Kerosin abdichten.
Ziel ist, ein fuer Produktions-Abwaesser taugliches biologisches Warnsystem, das die herkoemmlichen physikalisch-chemischen Parameter ergaenzt und zur Erkennung bzw. Vermeidung umweltrelevanter Gefaehrdungen beitraegt. Das Projekt soll den Leuchtbakterientest zur on-line Ueberwachung von Produktions-Abwaessern weiterentwickeln. Aufgaben: - Optimierung eines Testsystems auf der Ebene der Leuchtbakterien unter Laborbedingungen; - Untersuchung von Stoerfaktoren des Testsystems; - Erprobung und Optimierung des Leuchtbakterientestsystems an ausgewaehlten Abwasserteilstroemen im Werk Sindelfingen der Mercedes-Benz AG; - Erarbeitung einer Testvorschrift, welche die Grenzen der Einsatzmoeglichkeit des untersuchten Testsystems beruecksichtigt und Teststoerungen vermeidet; - Routineeinsatz des Testsystems am ausgesuchten Abwasserteilstrom, Installation eines Fruehwarnsystems.
Knicklichter erfreuen sich großer Beliebtheit. Neben der ursprünglichen Anwendung als Notfallbeleuchtung bzw. Outdoorartikel finden sich ähnlich Erzeugnisse in vielfältigen Abmessungen auch als Angel-Equipment, Kinderspielzeug, Party- oder Festival-Accessoire und vielen mehr. Die Leuchtreaktionen herkömmlicher Einweg-Knicklichter werden derzeit vorrangig chemisch erzeugt (Chemilumineszenz). Hierzu wird Wasserstoffperoxid, meist von den anderen Chemikalien mittels eins Glasröhrchens getrennt, durch das Knicken (Aufbrechen des Röhrchens) freigesetzt. Durch die Reaktion mit einer Oxalsäurever-bindung entsteht Energie, die auf einen Farbstoff übertragen und von diesem in Form von Licht abgegeben wird. Aufgrund der verwendeten Chemikalien, sowie meist unklaren Herkunft, Produktionsumstände und Informationen zur genauen Zusammensetzung der Produkte, sind die gesundheitlichen Risiken kaum einschätzbar. Als Werkstoffgemisch mit einem Kunststoff und sehr feinen Glasfragmenten, sind diese bei der Entsorgung nicht trennbar und nicht rezirkulierbar. Ziel des Projektes 'FoxFire' ist daher die Konzeptionierung eines handlichen, einmalig aktivierbaren Leuchtmittels mit zeitnah einsetzender, zeitlich begrenzter biolumineszenter Reaktion basierend auf der Nutzung von Reststoffen und biolumineszenten Pilzen. Dafür spielt die Produktgestaltung hinsichtlich der Formgebung eines geeigneten Substrats aus Reststoffen oder nachwachsenden Rohstoffen eine wesentliche Rolle. Neben der Evaluierung geeigneter Pilzstämme, werden in diesem Projekt grundlegende Einflussfaktoren, z.B. Temperatur, Substrat und pH-Wert, auf das Wachstum und die Biolumineszenz, sowie mögliche Auslösemechanismen zur gezielten Steuerung dieser untersucht. Im Zuge des Projektes soll ein Prototyp entwickelt werden, welcher anschließend als Minitest-Set von unserem Projektpartner produziert und deren Eignung im 'Alltag' durch erste Probanden getestet werden soll. Das Projekt 'FoxFire' stellt die zweite Projektphase (zweijährige Machbarkeitsstudie) des zweistufigen Förderprogramms der nationalen Forschungsstrategie Bioökonimie 2030 im Rahmen des Ideenwettbewerbs 'Neue Produkte für die Bioökonomie' dar.
Schwerpunkte der 'Wirkungs- und Gefährdungsanalyse' bilden ökotoxikologische Fragestellungen sowie die Charakterisierung und Analyse von Gefährdungspotentialen in limnischen Systemen durch Einträge von Plastik. Untersuchungsgegenstand sind unterschiedliche Plastikspezies aus den Bereichen (a) 'konventionelle', synthetische Kunststoffe, (b) Rezyklate und (c) biobasierte Kunststoffe. Diese werden in Partikelform sowohl in gealtertem als auch nicht gealtertem Zustand untersucht. Relevante de- bzw. adsorbierende und auslaugende Substanzen werden gesondert analysiert. Für diverse Kunststoffspezies wird die ökotoxikologische Datenlage über Literaturrecherche analysiert. Sofern diese Daten ausreichen, wird auf deren Basis die Ökotoxizität der freigesetzten sowie ad-/desorbierten Substanzen beurteilt. Datenlücken werden durch eigene In-vitro-Testung geschlossen. Als wesentliche Wirkprinzipien werden dabei erfasst: (a) endokrine Wirkpotentiale über rekombinante Reportergenassays mit Hefen, (b) mutagene Aktivitäten über den Ames-Fluktuationstest sowie (c) zytotoxische Wirkungen mit Leuchtbakterien. Einzelne Substanzen, bei denen sich in vitro ein besonders hohes Wirkpotential zeigt, werden zusätzlich mit Hilfe standardisierter, chronischer In-vivo-Tests analysiert. Für die In-vivo-Tests werden die NOEC oder EC10 als ökotoxikologische Wirkschwellen ermittelt, um damit die Ableitung einer PNEC bzw. der EQS für die untersuchten Substanzen zu ermöglichen. Zusätzlich werden Kunststoffpartikel mit Hilfe von In-vivo-Tests auf ihre ökotoxikologischen Effekte in standardisierten und neu entwickelten chronischen Biotests untersucht. Diese Untersuchungen werden mit tierischen Organismen durchgeführt, wobei unterschiedliche Ernährungstypen berücksichtigt werden. Als Endpunkte werden apikale Effekte auf Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung erfasst. Effekte eines möglichen Nahrungskettentransfers von Mikroplastikpartikeln werden in einfachen Räuber-Beute-Systemen im Labor untersucht.
Die Expedition mit dem Forschungsschiff 'Sonne' (Fahrt So 258) hat zum Ziel, durch den Einsatz neuer Technologien und Experimente weitere Erkenntnisse zur Sinnesbiologie, vor allem zu Biolumineszenz der mesopelagischen Fauna zu liefern. Durch die Zusammenarbeit und Teilnahme von renommierten Wissenschaftler-Kollegen aus England, USA und Australien wird ein breites Spektrum von Methoden zum Einsatz kommen (autonome Plattformen für das Filmen und Datensammeln in Tiefen von 500-1000 m, 4 elektrophysiologische Mess-Apparaturen zur Charakterisierung der Regenration von Rhodopsin sowie die zeitlichen und räumlichen Auflösung der Retinae bzw. den Augen von Fischen, Krebsen und Tintenfischen). Weiterhin werden wir in einem Querschnitt vieler Arten durch molekularbiologische Analysen die Evolution der Tiefsee-Rhodopsine untersuchen, ein in diesem Umfang völlig neuartiges Projekt. Darüber hinaus hoffen wir, durch unsere Fänge weitere Arten und Daten zur Evolution der Teleskopaugen und ihrer speziellen optischen Eigenschaften liefern zu können. Die Gewässer des Indischen Ozeans, die die Sonne-Fahrt 258 besuchen wird, sind bisher erst wenig systematisch untersucht worden. Daher ist nicht auszuschließen, dass auch neue Spezies angetroffen werden. An Bord werden die physiologischen Experimente durchgeführt, da sie lebendes Gewebe erfordern. Diese Ergebnisse können zeitnah zur Publikation aufbereitet werden. Ansonsten werden wir für die morphologischen und molekularbiologischen Arbeiten das gefangene Material an Bord aufbereiten (präparieren, fixieren bzw. für den Transport konservieren). Die Analyse dieser Proben erfolgt in den Heimatlaboren und kann erfahrungsgemäß mehrere Jahre in Anspruch nehmen.
Vibrio fischeri is a luminescent marine bacterium whose luminous intensity depends on the toxicity of its surroundings. By comparing light intensity before and after a certain contact time with a water sample, these bacteria can be used to detect various environmental toxins including unknown ones. A sample is considered nontoxic when the inhibition is less then 20 percent after 30min contact. In Germany, the luminescent bacteria inhibition test described in DIN EN ISO 11348 (Part 1) is a compulsory test for waste waters of industrial origin. Commercial Luminometers use Photomultiplier tubes for detection. PMTs are highly sensitive measurement devices hence the price of commercial instruments can be up to 15,000€ (including VAT). Our group has some experience with detection of low (fluorescent) light intensities by CCD cameras and webcams. In a preceding student research project we were able to prove that selected webcams are sensitive enough to detect luminescence by Vibrio fischeri in the low concentrations used in commercially available test kits. We now have developed a simple but sensitive Luminometer based on a low priced modified (black and white CCD chip and long exposure) webcam. The inhibition of various bacteria concentrations was compared to a commercial device as well as tests with actual samples. The webcam takes a picture of the light emitting test sample. The software then calculates the average luminescence of a pre defined region of interest. An additional feature is a LED for measurement of optical density which is needed to produce bacteria suspensions with standard concentrations.
Im Projekt 'Untersuchung des Emissionsverhaltens von Nanopartikeln bei der Abfallverbrennung' werden für ausgewählte, häufig verwendete nanopartikelhaltige Produkte aus dem Bereich der kommerziellen Nutzung, das Verhalten und die Abscheidung von Nanopartikeln bei der thermischen Abfallbehandlung untersucht. Dabei wird der gesamte Weg vom Reststoff über die Verbrennung, die Filterung des Abgases, die Freisetzung in die Umwelt bis hin zur toxikologischen Bewertung der Wirkung auf den Menschen und die Umwelt betrachtet. Durch die Auswahl und Adaption geeigneter Filtermedien soll die Abscheidung definierter Nanopartikel gezielt realisiert werden. Mit den anfallenden nanopartikelhaltigen Proben erfolgt eine Bewertung hinsichtlich eines vor allem aus humantoxikologischer Sicht notwendigen Abscheidens gefährlicher Nanopartikel aus dem Abgas. Neben den Verbrennungsversuchen im Technikumsmaßstab finden Feldversuche bzw. Messkampagnen unter Einsatz nanopartikelhaltiger Materialien in einer Müllverbrennungsanlage statt, um die Übertragbarkeit von Filtertechnik und Analysemethoden in die Praxis und damit die Anwendbarkeit auf reale Reststoffmischungen hin zu prüfen.
Biolumineszenz erzeugt ein völlig anderes visuelles Umfeld als Sonnenlicht: Statt einer komplett ausgeleuchteten Szene herrschen Punktlichtquellen vor, welche eine spezifische Anpassung der visuellen Systeme bzw. Augen erfordern. Wir wollen an den Augen von Cephalopoden, Crustaceen und Teleostiern Anpassungsstrategien untersuchen. Uns interessiert uns, wie Rhodopsin in mesopelagischen Photorezeptoren regeneriert wird. Eigene Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Bleichung von mesopelagischem Rhodopsin erheblich länger dauert und helleres Licht erfordert als bei terrestrischen Tieren. Wir wollen in biochemischen, elektrophysiologischen und morphologischen Experimenten die Dynamik der Phodopsin-Regeneration aufklären. Dazu benötigen wir keine spezielle Spezies,- was den Erfolg dieses Projekts sicherstellt. Weiterhin wollen wir frisches Gewebe von Opisthoproctiden sammeln, welche alle über unterschiedliche Differenzeirungen von Spiegelaugen verfügen, und damit einzigartig unter den Wirbeltieren sind. Unsere Hypothese ist, dass bei einigen Arten ontogenetische Veränderungen der Augen einen phylogenetischen Trend widerspiegeln. Dazu wollen wir vor allem molekulargenetische Daten erheben. Wir werden 10 trawls mit speziellen Netzen durchführen, die über ein verschließbares Ende verfügen. Biochemische und elektrophysiologische Arbeiten werden an Bord durchgeführt. Material für Molekulargenetik und Histologie wird an Bord gesichert und zur weiteren Bearbeitung nach Hause geschickt.
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