Die Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES = German Environmental Survey; ehemals Umwelt-Survey) ist eine breit angelegte Studie zur Erfassung der Schadstoffbelastung der Bevölkerung in Deutschland. In den einzelnen Erhebungswellen prüft das Umweltbundesamt regelmäßig, mit welchen potenziell gesundheitsschädlichen Substanzen und Umwelteinflüssen (Chemikalien, Schimmel, Lärm) die Menschen hierzulande in Berührung kommen. Analysiert wird, wie hoch die Belastung durch einzelne Umwelteinflüsse ist, woher einzelne Schadsubstanzen stammen, über welche Wege sie in den menschlichen Körper und in den Wohnraum gelangen und in welchem Umfang umweltassoziierte Beschwerden von den Befragten genannt werden. Die Studienergebnisse dienen als umweltpolitische Entscheidungsgrundlage zum Schutz und der Förderung der Gesundheit der Menschen in Deutschland. In der aktuellen Erhebungswelle (GerES VI), die in den Jahren 2023 bis 2024 in 150 Studienorten in Deutschland durchgeführt wird, werden ca. 1.500 Erwachsene im Alter von 18 bis 79 Jahren in ihren Haushalten aufgesucht. Bei den Teilnehmenden handelt es sich um nach einem wissenschaftlichen Verfahren aus den Einwohnermeldeämtern zufällig ausgewählte Personen. Die Interviewenden führen mit den Teilnehmenden ein ca. einstündiges standardisiertes und computergestütztes Interview und nehmen Trinkwasser- sowie Urinproben entgegen, die die Teilnehmenden nach Anleitung zuvor gewonnen haben. Bei einem zweiten Hausbesuch wird den Teilnehmenden durch ärztliches Fachpersonal eine Blutprobe abgenommen. Bei Unterstichproben werden zusätzlich verschiedene Luft- und Staubproben in den Haushalten genommen und dokumentiert. Mit dem Vorhaben erfolgt die qualitätsgesicherte Vorbereitung, Durchführung, Nachbereitung und Auswertung der Feldarbeit und ein Teil des Datenmanagements.
Ziele des Vohabens sind die qualitätsgesicherte Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Feldarbeit der Pilotsstudie zu GerES VI dazu gehören u.a. - Erstellen eines Konzeptes zur Qualitätssicherung der Feldarbeit und Datenerhebung - Erstellen eines Operationshandbuchs zur Feldarbeit - qualitätsgesicherte Datenerhebung (Befragungs- und Prozessdaten sowie Daten zur Dokumentation der Probenahmen und Messungen) - qualitätsgesicherte Probengewinnung, -zwischenlagerung und dem Probenversand (Morgenurin, Trinkwasser, Hausstaub, Innenraumluft) - qualitätsgesicherte Datenaufnahme und -übertragung inkl. Entwicklung von Eingabemasken für die Computer Assisted Personal Interviews (CAPI) und elektronischen Dokumentationsformularen sowie die Aufnahmen von scanbaren Selbstausfüllfragebögen - Berichterstellung. Das Untersuchungsprogramm der Pilotstudie zu GerES VI umfasst die folgenden Module: Human-Biomonitoring, Trinkwasser, Innenraum-Monitoring (Hausstaub, Feinstaub, Luftproben (VOC, Schimmel) und umfamgreiche Befragungen. Untersucht wird ein Convenience Sample von 100 Zielpersonen im Alter 18 bis 79 Jahre wohnhaft in Berlin. Die Feldarbeit inkl. Terminierung ist für 6 Wochen im November/Dezember 2018 oder Januar/Februar 2019 in Berlin vorgesehen.
Kunststoffe sind heute wesentlicher Bestandteil unserer Lebensumwelt und haben vielfältige Aufgaben im häuslichen, gewerblichen und industriellen Bereich. Trotz umfassender Gesetzgebung geraten sie in die Umwelt und verweilen aufgrund der sehr langsamen Abbaudynamik möglicherweise über mehrere hundert Jahre in unseren Ökosystemen. Ob und welche Effekte die Nutzung von Kunststoffen auf Mensch und Umwelt hat, wird das Vorhaben 'MiWa - Mikroplastik im Wasserkreislauf' erforschen. Dafür soll eine erste nachvollziehbare und übergreifende Bilanzierung sowie Bewertung für Mikroplastik im Wasserkreislauf - vergleichbar zu den organischen Spurenstoffen - erstellt werden. Diese Bewertung wird auf standardisierten analytischen Verfahren beruhen und damit zuverlässige Daten zum Auftreten von Mikroplastik im Wasserkreislauf liefern. Erkenntnisse zu möglichen biologischen Wirkungen werden dabei miteinbezogen. Im Rahmen des Forschungsprojekts MiWa betreiben die Berliner Wasserbetriebe aktuell einen Polstofffilter als Versuchsanlage und untersuchen, inwiefern er sich im Vergleich zu anderen weitergehenden Abwasserreinigungsverfahren zur Entfernung von Mikroplastik eignet.
1. Vorhabensziel: Für den Feldeinsatz soll ein mobiler Partikelzähler für die Überprüfung von Trinkwasser entwickelt werden. Die Daten sollen per Funk übertragen werden können. Das Gerät soll mindestens 5 Tage im Akkubetrieb arbeiten können. Entwicklung und Aufbau des Partikelzählsystems und Probennehmers. Aufbau einer Sonderpumpe für Akkubetrieb, Aufbau des Probennehmers.
Mit dem Vorhaben soll ein zuverlässiges Frühwarnsystem mit zeitnaher Detektion von pathogenen Mikroorganismen im Roh- und Trinkwasser erarbeitet werden. Das Frühwarnsystem besteht aus drei Teilsystemen 1) Kontinuierliche Detektion von pathogenen Mikroorganismen mit folgenden Arbeitsschritten: a) die kontinuierliche Probenahme aus fließendem Roh- oder Trinkwasserleitung, b) Ankonzentrieren und Aufbereiten einer repräsentativen Probe und c) Untersuchung der Probe auf pathogene Mikroorganismen mit einer zeitnahen Detektionsmethode. Teilsystem 2) Erstellung eines Konzeptes zur Auswertung der Ergebnisse für das Auslösen von belastbaren Alarmen mit. minimaler Fehlerrate. Teilsystem 3) beinhaltet die Analyse der gesellschaftlichen und naturräumlichen Aspekte, die zu einem akzeptablen Einsatz des Frühwarnsystems in die Praxis führt. Das Ziel der BWB in diesem Vorhaben ist es, den praktischen Einsatz des Gesamtsystems oder auch Teilsysteme mit Hilfe von praktischen Versuchen, die unter realen Bedingungen durchgeführt werden, grundlegend zu untersuchen und deren Funktionsfähigkeit zu bestätigen. Die Arbeiten im Teilvorhaben konzentrieren sich auf Arbeitspakete: AP0) Spezifikationsphase und vorbereitende Arbeiten, AP1) Makro- und Mikroanreicherung des Wassers, AP5) Einpassung in das bestehende Monitoring und Leitsystem und AP6) Praktische Erprobung des Frühwarnsystems und Evaluation des Gerätesystems an einer Teststrecke. Bei anderen Arbeitspakete wirken die BWB unterstützend mit.
Eine Online-Überwachung des Trinkwassers in Bezug auf Aktinide ist für die Sicherheit der Bevölkerung von hoher Bedeutung. Das Hauptziel dieses Projektvorhabens ist deshalb die Realisierung und Optimierung eines neuen hybriden Messsystems, bestehend aus einer elektrochemischen Diamantelektrode, die direkt auf einen Si-basierten a-Teilchendetektor abgeschieden wird. Es wird in der Lage sein, nukleare radioaktive Spuren (alphastrahlende Aktinide) schnell nachzuweisen. Hierzu ist eine Zusammenarbeit zwischen ICT und KIT notwendig. Die Si basierten a-Teilchendetektoren werden von der Firma Canberra geliert. Das Fraunhofer IAF wird zunächst die Niedertemperatur-Diamantabscheidung auf Si bei Temperaturen kleiner als 500 Grad Celsius (CMOS kompatibel) optimieren, um dann auf großen Flächen (6' Si-Wafern) Diamant abzuscheiden. Nach Etablierung der Wachstumsparameter werden a-Teilchen-Detektoren überwachsen und optimiert. Von hoher Bedeutung ist die Erhaltung der Detektorqualität des a-Teilchen Sensors während der Diamantbeschichtung. Um elektrochemische Sensoren zu realisieren müssen verschiedene Materialien abgeschieden und strukturiert werden, wie z.B. dotierter und isolierender Diamant, Wolfram und SiOx. Schließlich soll durch den Einsatz einer 3D Technologie die Kontaktierung der Elektroden durch Drähte wegfallen.
Die Verwundbarkeit der Trinkwassersysteme ermöglicht Angriffe durch terroristische Anschläge auf die öffentliche Gesundheit mit schwerwiegenden wirtschaftlichen und sozialen Folgen. Das Hauptziel dieses Projektvorhabens ist die Realisierung und Einführung eines neuen Messsystems, das in der Lage ist, nukleare radioaktive Spuren (alphastrahlende Aktinide) schnell nachzuweisen. Bereits geringe Mengen an alphastrahlenden Radionukliden im Trinkwasser können zu einer nennenswerten Gefährdung der Bevölkerung führen. Daher ist eine Online-Überwachung des Trinkwassers im Bezug auf Aktinide für die Sicherheit der Bevölkerung von hoher Bedeutung. Teilziel des Fraunhofer ICT ist die Umsetzung des elektrochemischen Parts, d.h. die Anreicherung und gezielte Elektro-Ausfällung der Aktinide direkt an der Sensoroberfläche, so dass im Vergleich zur existierenden klassischen Analytik aufwändige Reinigungs- und Probenaufarbeitungsschritte entfallen. Das Fraunhofer ICT wird sich im Rahmen des ActiFind-Projektes mit der Ausarbeitung und Verbesserung der elektrochemischen Methoden befassen. In einem ersten Schritt werden die notwendigen Eigenschaften der Trinkwasserproben für eine erfolgreiche Aktinidbestimmung herausgearbeitet. Im nächsten Schritt werden die Störsubstanzen bestimmt. In weiteren Experimenten werden Mehrfachsensoren, Vorreinigungsprozeduren sowie die Anwendbarkeit des Sensors auf weitere Substanzen wie Lebensmittel oder Abwasser geprüft.
Die Wirkungsweise von Insektiziden wie Organophosphaten und Carbamaten sowie einiger Arzneimittel (Alzheimer, Demenz) beruht auf der Hemmung von Cholinesterase-Enzymen. Daher ist es naheliegend, für die Analyse auf solche Verbindungen in wässerigen Umweltproben, Biosensoren mit immobilisierter Acetylcholinesterase als Detektoren einzusetzen. Leitfähige Polymere haben sich dabei aufgrund ihrer elektrochemischen und physikalischen Eigenschaften als hervorragende Plattformen für die Immobilisierung von Biomolekülen erwiesen. Im Rahmen der Kooperation mit dem Chemistry Department der Middle East Technical University (METU) in Ankara, Türkei, wurden daher sehr empfindliche Biosensoren auf der Basis von verschiedenen leitfähigen Polymeren für die quantitative Bestimmung von insektiziden Organophosphaten und AChE-hemmenden Arzneimitteln in Wasserproben entwickelt (Messbereiche: Insektizide 0,001 Mikro g/L - 10 Mikro g/L, Arzneimittel 0,04 Mikro g/L - 50 Mikro g/L). Die Messergebnisse der Biosensoren wurden nach Anreicherung der Wirkstoffe durch Festphasenextraktion mit Hilfe von HPLC/DAD-Analysen validiert. Die Ergebnisse von HPLC- und Biosensor-Analysen auf die verschiedenen Testsubstanzen korrelierten jeweils sehr gut (R2: 0,991-0,999). Die Sensoren können die AChE-hemmenden Substanzen zwar nicht selektiv unterscheiden, können jedoch in Form eines Summen-/Toxizitätsparameters als relativ kostengünstige und einfach zu bedienende Messsysteme für die Überwachung der Kontamination von Trinkwasser und vermutlich auch Oberflächen- und Abwasser mit AChE-hemmenden Insektiziden und Arzneimitteln eingesetzt werden. Da die Nachweisgrenzen deutlich unter dem Grenzwert der Trinkwasserverordnung für Pflanzenschutzmittel und Biozide von 0,1 Mikro g/L liegen, können sie im Vorfeld von aufwendigen rückstandsanalytischen Bestimmungen der Einzelverbindungen einen schnellen Hinweis auf das Vorliegen einer eventuell relevanten Kontamination geben.
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