Einflüsse und Resistenzentwicklung von Mikroorganismen auf niedrige Konzentrationen von Nanomaterialien in geometrisch definierten Umgebungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt konzentrierte sich auf die Entwicklung einer effektiven Methode zur Erkennung und Analyse der Entstehung mikrobieller Resistenzen gegen niedrige Konzentrationen von Nanomaterialien (NM) in Umweltproben. Um ein schnelles Screening und präzise Analysen zu ermöglichen, testeten wir verschiedene experimentelle Ansätze, die alle auf tröpfchenbasierter Millifluidik basierten. Diese Technologie erwies sich als entscheidend für die präzise Steuerung und Analyse einzelner Flüssigkeitströpfchen – eine wichtige Voraussetzung für die Untersuchung subtiler Effekte bei niedrigen NM-Konzentrationen. Wir erforschten physikalische Detektionstechniken zur direkten Erfassung von Nanomaterialien in Tröpfchen, darunter magnetische und elektromagnetische Methoden. Beispielsweise setzten wir planare Hall-Effekt-Sensoren für Magnetfelder ein, um das Vorhandensein von Nanopartikeln durch Messung ihres magnetischen Einflusses in Tröpfchen zu identifizieren. Ebenso untersuchten wir Impedanzmessungen, um Veränderungen der elektromagnetischen Eigenschaften der Flüssigkeit durch Nanomaterialien zu erfassen. Diese direkten physikalischen Methoden mangelten jedoch an der erforderlichen Sensitivität, um die extrem niedrigen und umweltrelevanten Konzentrationen von Nanomaterialien, die potenziell mikrobielle Resistenzen auslösen könnten, zuverlässig zu erfassen. Daher wählten wir einen biologischen Ansatz als primäre Detektionsstrategie. Bei dieser Methode setzten wir verschiedene Bakterienstämme definierten, niedrigen Konzentrationen von Nanomaterialien aus und beobachteten deren Lebensfähigkeit und Resistenzentwicklung im Zeitverlauf. Die biologische Reaktion der Mikroorganismen diente somit als indirekter, aber hochsensitiver Indikator für das Vorhandensein und die biologische Wirksamkeit der Nanomaterialien, selbst bei Konzentrationen, die wir physikalisch nicht direkt messen konnten. Die Integration präziser Mikrofluidik-Technologie mit dieser sensitiven biologischen Detektionsstrategie führte zur Entwicklung einer vielversprechenden Plattform für weiterführende Forschungsaktivitäten und Technologietransfer. Insbesondere ermöglicht uns die entwickelte Fluidik-Plattform, die Auswirkungen von Nanomaterialien auf Mikroorganismen und ihr Resistenzpotenzial in komplexen Umweltproben präzise und zuverlässig zu analysieren und so unser Verständnis der Umweltauswirkungen von Nanomaterialien deutlich zu verbessern. Darüber hinaus wird das gewonnene Know-how über spezifische Prozesse zur Herstellung von Fluidkreisläufen, zur Realisierung von Fluidkomponenten und Detektionsmodulen über entsprechende Lizenzverträge an ein Technologietransfer-Unternehmen übertragen.
Link zum Abschlussbericht
https://doi.org/10.34657/23704
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(invited talk) D. Makarov et al., “Flexible and printed electronics: from interactive onskin devices to bio/medical applications”, Joint European Magnetic Symposia (JEMS), 24.- 29.07.2022, Warsaw, Poland
D. Makarov et al.
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(invited talk) D. Makarov et al., “Intelligent Materials and Systems”, Seminar at the Central European Institute of Technology (CEITEC), 03.11.2022, Brno, Czech Republic
D. Makarov et al.
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(poster presentation) S. Schuba et al., “Evaluation of nanoparticle resistance development of microorganisms”, HZDR DocSeminar 2022, Wrocław, Poland, 19.-21.10.2022, Wrocław, Poland
S. Schuba et al.
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(contributed talk) S. Schuba et al., “Optical analytics of nanoparticles in liquids”, Priority Training School, Recent Trends in Microplastic research, 24.05.2023, HZDR, Dresden, Germany
S. Schuba et al.
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(invited talk) S. Schuba et al., “Antibacterial effect of nanoparticles”, Summer school “Smart Devices and Their Applications” organized in the frame of the EU project BioNanoSens. Dresden, Germany. June 5-7, 2023
S. Schuba et al.
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(poster presentation) S. Schuba et al., “Evaluation of nanoparticle resistance development of microorganisms”, DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie, 26.- 31.03.2023, Dresden, Germany
S. Schuba et al.
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Modular Droplet‐Based Fluidics for Large Volume Libraries of Individual Multiparametric Codes in Lab‐On‐Chip Systems. Advanced Sensor Research, 2(11).
Schütt, Julian; Nhalil, Hariharan; Fassbender, Jürgen; Klein, Lior; Grosz, Asaf & Makarov, Denys
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(contributed talk) “Evaluation of nanoparticle influence on living microorganisms”, DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie, 18.-19.03.2024, Berlin, Germany
S. Schuba et al.
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(poster presentation) S. Schuba et al., “Evaluation of nanoparticle influence on living microorganisms”, Seminar of the Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, Schmochtitz 2024, 25.-26.06.2024, Schmochtitz, Bautzen, Germany
S. Schuba et al.
