In technischen bzw. industriellen Prozessen kann eine Belagsbildung nicht nur zu einer nicht mehr tolerierbaren Leistungsverminderung führen (Fouling), sondern bei Beteiligung von Mikroorganismen (Biofouling) auch ein hygienisches Problem darstellen (z.B. Beeinträchtigung der Produktqualität durch mikrobielle Kontamination).

Die Belagsbildung ist auf die Ablagerung und Anreicherung anorganischer und organischer Substanzen und/oder Mikroorganismen, sog. Foulingbildner, an Oberflächen zurückzuführen; davon sind nahezu alle wasserführenden Systeme betroffen. Ursache für Biofouling ist u.a. der ständige Eintrag von Mikroorganismen mit dem (Prozess-)Wasser, da selbst Trinkwasser nicht keimfrei ist. Zudem dient das Prozesswasser in Reinigungsprozessen üblicherweise zur Schmutzentfernung, mit der zumeist ein Nährstoffeintrag einhergeht.

Ziel des Forschungsprojekts ist ein Verfahren zum Monitoring mikrobieller Beläge auf Basis von Impedanz- und Massenanalysen zu entwickeln, mit dem sich der Vitalitätszustand von Mikroorganismen im Belag, der Anteil verschiedener Foulingbildner am Belag sowie die Belagsmasse ermitteln lassen und welches sich z.B. in Prozesswasserkreisläufe textiler Dienstleistungsbetriebe implementieren lässt.

Solch ein Verfahren ermöglicht zum einen die Belagsbildung zu verfolgen, sodass eine Dekontaminationsmaßnahme bedarfsgerecht eingeleitet werden kann und zum anderen die Wirksamkeit der Maßnahme hinsichtlich der erzielten Zellinaktivierung im Biofilm (Desinfektionsleistung) sowie der erzielten Belagsentfernung (Reinigungsleistung) zu bewerten und zu optimieren.

Die zu entwickelnden massensensitiven Impedanzsensoren bestehen aus einem Schwingelement, das in Abhängigkeit von der Belagsmasse seine Resonanzfrequenz ändert. Auf dem Schwingelement sind Mikroelektroden aufgebracht, sodass eine Impedanzanalyse des Belags erfolgen kann.

Durch Impedanzmessungen bei verschiedenen Frequenzen lassen sich vitale mikrobielle Zellen (α-Dispersion) und polarisierbare Moleküle (β-Dispersion) separat erfassen. Tote Zellen, deren Zellmembran üblicherweise geschädigt ist, sind im Gegensatz zu vitalen Zellen nicht polarisierbar und liefern keinen Beitrag zur Impedanz.

Die bei einer Frequenz zu messende Impedanz ist von der Masse abhängig, sodass eine Ermittlung des Anteils eines Foulingbildners (z.B. vitale Zellen, organische Moleküle) am Belag möglich ist. Durch eine Massenanalyse lässt sich die Belagsmenge quantifizieren und unter Berücksichtigung der Anteile die Masse einzelner Foulingbildner berechnen.

Ein modulares System zur Kreislaufführung von Prozesswässern wurde konzipiert, aufgebaut und in Betrieb genommen. Kernstück des Systems ist ein Durchflussreaktor, in den vier Coupons (Aufwuchsflächen) eingesetzt werden können. Derzeit erfolgt die Anzucht der Biofilme auf Coupons aus Edelstahl und EPDM; die Biofilme werden hinsichtlich ihrer Zusammensetzung charakterisiert. Der als Massensensor fungierende Resonanzschwingkreis befindet sich aktuell im Aufbau.