2,1 Mrd. Menschen haben laut der WHO keinen Zugang zu sicher verwaltetem Trinkwasser – mehr als ein Viertel der Menschheit. Mindestens 1,7 Milliarden davon trinken Wasser, das mit Fäkalien belastet ist. Etwa 505.000 Menschen sterben jährlich an den Folgen.
Das Problem lässt sich nicht ohne Weiteres beheben, denn ob eine Wasserquelle sicher ist, kann bisher nur im Labor geklärt werden. Das dauert bis zu 24 Stunden. Und es erfordert teure Geräte und geschultes Personal.
Forschende der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben jetzt einen Schnelltest entwickelt, der die Überprüfung in unter einer Minute schaffen soll. Dazu verwendet das Berliner Institut einen Teststreifen, einen kleinen Aufsatz aus dem 3D-Drucker und ein Smartphone. Schon ein einziger Tropfen Wasser könne Verunreinigungen sichtbar machen, teilte die BAM am 2. April mit. Wie funktioniert das, und wo könnte der Test zum Einsatz kommen?
Inhaltsverzeichnis
Was der Smartphone-Test misst
Der Schnelltest weist das Molekül Urobilin nach. Es entsteht im Körper, wenn der rote Blutfarbstoff Hämoglobin abgebaut wird. Anschließend wird es über den Urin und den Stuhl ausgeschieden. Dieser Prozess erfolgt sowohl bei Menschen als auch bei Tieren.
Liegt Urobilin in einer Wasserprobe vor, ist das ein klares Indiz dafür, dass Fäkalrückstände vorhanden sind. Und mit ihnen potenziell gefährliche Krankheitserreger.
So funktioniert der Test
Das Testset besteht aus einem speziell beschichteten Teststreifen und einem kleinen, 3D-gedruckten Gehäuse. Darin sitzt eine LED-Lampe, die über das Smartphone mit Strom versorgt wird. Kommt der Teststreifen mit verunreinigtem Wasser in Kontakt, beginnt er zu leuchten. Dieses Signal kann wiederum die Kamera eines Smartphones erfassen und auswerten.
Die BAM nennt das Verfahren „Drop and Detect“. Ein einziger Tropfen genüge für eine zuverlässige Analyse. Zusätzliche Chemikalien oder Laborgeräte seien nicht nötig.
Statt einer Pipette funktioniert laut einer im Fachmagazin ACS Sensors veröffentlichten Studie auch eine handelsübliche Augentropfenflasche mit Mikrospitze. Als Smartphone verwendete das Team übrigens ein Samsung Galaxy S7 von 2016. Ein aktuelles Hightech-Handy wäre also nicht nötig.
Was der Test (nicht) kann
In Vergleichsmessungen zeigte der Schnelltest nach Angaben der BAM eine hohe Genauigkeit und Stabilität. Selbst sehr geringe Konzentrationen von Urobilin habe man zuverlässig erkannt. Im optimierten Aufbau lag die Nachweisgrenze bei 0,5 Nanomol pro Liter.
Die Forschenden testeten das System auch in realistischen Praxisszenarien. Dazu verwendeten sie Proben aus dem Teltowkanal in Berlin, dem River Trent in Großbritannien und dem Hàn River in Vietnam, also aus drei Flüssen mit unterschiedlichen Profilen. Auch am Klärwerk Ruhleben in Berlin fand laut der BAM ein Praxistest statt. „Selbst unter komplexen Umweltbedingungen mit natürlichen Störstoffen konnte Urobilin zuverlässig nachgewiesen werden“, berichtet Swayam Prakash. Der Marie-Curie-Stipendiat an der BAM hat den Test mit Knut Rurack entwickelt, einem Experten für chemische und optische Sensorik.
Allerdings gibt es ein Caveat: Der Test weist keine bestimmten Erreger nach, sondern zeigt an, ob generell eine fäkale Verunreinigung vorliegt. Somit ersetzt er keine vollständige mikrobiologische Analyse. Das soll er aber auch gar nicht: Im Fokus steht die schnelle Ersteinschätzung.
Warum das so wichtig ist
Nach den aktuellen Zahlen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) haben rund zwei Milliarden Menschen weltweit keinen Zugang zu sicherem Trinkwasser. Gerade in Entwicklungsregionen, Krisengebieten oder nach Hochwasserereignissen fehlt demnach oft die Infrastruktur für eine schnelle Wasseranalyse.
Ein Test, der ohne High-Tech und geschulte Mikrobiologinnen auskommt und trotzdem verlässliche Ergebnisse liefert, könnte die Trinkwasserüberwachung in vielen Weltregionen verbessern. Noch befindet sich die Idee aber im Entwicklungsstadium.
Weitere Schnelltests für das Smartphone
Knut Ruracks Arbeitsgruppe für chemische und optische Sensorik an der BAM kreiert seit Jahren Smartphone-basierte Schnelltests nach demselben Prinzip: fluoreszenzbasierte Teststreifen, ein 3D-gedruckter Aufsatz mit LED-Anregung über den USB-Port des Smartphones und die Handykamera als Detektor. Unter anderem hat das Team einen pH-Sensor vorgestellt, der sich mit demselben Smartphone-Aufsatz auslesen lässt.
Der Urobilin-Test wäre also Teil einer veritablen Sensorplattform, die sich modular auf weitere Schadstoffe und Biomarker erweitern lassen könnte. Die Forschenden nennen etwa Anwendungen in der mobilen Krankheitsdiagnostik, der Umweltanalytik oder bei intelligenten Monitoring-Systemen.
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