Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Enzym-Januspartikel-Indikator zur Kontrolle des Hygienestatus von Oberflächen

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Ermittlung des Hygienestatus von Oberflächen mittels Enzym-Januspartikel-Indikatoren. Diese bestehen aus Enzym-Januspartikel-Komplexen, in denen die Aktivität der Enzyme durch funktionalisierte Januspartikel inhibiert wird, und einem spezifischen chromogenen Substrat, die in einer Hydrogelmatrix inkludiert sind. Das Nachweisprinzip basiert auf der Wiederherstellung der Aktivität des Enzyms bei Bindung der zur Inhibierung eingesetzten funktionalisierten Januspartikel an lebende Mikroorganismen unter Aufhebung des Enzym-Januspartikel-Komplexes. Das chromogene Substrat wird von den aktiven Enzymen unter Bildung eines farbigen wasserunlöslichen Spaltprodukts umgesetzt, so dass es zu einem visuell wahrnehmbaren Farbumschlag kommt. Durch die Funktionalisierung der Januspartikel mit geeigneten Mikroorganismen-bindenden Agenzien ist der selektive Nachweis hygienerelevanter Mikroorganismen (Funktionalisierung mit Antikörpern) oder die Bestimmung der Gesamtkeimzahl (Funktionalisierung mit Lektinen) mittels Enzym-Januspartikel-Indikatoren möglich.

Durch die Projektergebnisse wird den ca. 20.000 Reinigungsdienstleistern (vorwiegend KMU) ein Verfahren zur schnellen Ermittlung des Hygienezustands von Oberflächen zur Verfügung gestellt, das im Rahmen einer Eigenkontrolle kostengünstig ohne Einsatz komplizierter Auswertesysteme durchführbar ist. Hierdurch können ggf. notwendige Korrekturmaßnahmen umgehend eingeleitet und die Hygienesicherheit optimiert werden. Durch Anwendung des neuen Verfahrens können Reinigungsdienstleister die Kosten für Hygienekontrollen drastisch senken. Allein bei Anwendung im Bereich Krankenhausreinigung ergeben sich wirtschaftliche Vorteile von über 5,9 Mio. €/a. Ferner kann das neue Verfahren auch von den 2.300 textilen Dienstleistern (vorwiegend KMU) angewandt werden, die im Rahmen ihrer Hygiene-Qualitätsmanagement-Systeme regelmäßig Hygienekontrollen durchführen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein Verfahren zur Detektion von Mikroorganismen auf Oberflächen durch den Einsatz von Enzym-Januspartikel Indikatoren entwickelt.

Das zentrale Element des Indikators ist der Enzym-Januspartikel-Komplex, bestehend aus einem Enzym und einem bifunktionelle Nanopartikel (Januspartikel), das mit seinen speziell entwickelten enzyminhibierenden und -bindenden Gruppen die Aktivität des Enzyms unterdrückt. Außerdem wurde das bifunktionelle Nanopartikel mit Gruppen zur Bindung an Mikroorganismen funktionalisiert. Hierfür wurden sowohl Antikörper zum Nachweis eines spezifischen Mikroorganismus oder Lektine zum Nachweis der Gesamtkeimzahl getestet. Dieser Enzym-Januspartikel-Komplex wurde in einer Hydrogel-Matrix aus Agar-Agar zusammen mit einem chromogenen Substrat (o-NPG) eingebunden und als Indikator analog zu einer konventionellen Abklatschplatte angewendet. Die Oberfläche des Indikators wurde hierfür auf eine zu beprobende Oberfläche gedrückt, wobei hierauf vorliegende Mikroorganismen von der Hydrogel-Matrix aufgenommen wurden. Die bifunktionalen Nanopartikel konnten bei Kontakt an die Mikroorganismen binden, wodurch der Enzym-Januspartikel-Komplex aufgelöst wurde. Dadurch wurde das Enzym reaktiviert und konnte das o-NPG umsetzen, wodurch nach spätestens 4 h eine intensive Gelbfärbung auftrat. Reiniger- und Desinfektionsmittelbestandteile verursachen in der Praxis weder ein falsch-positives noch ein falsch-negatives Ergebnis. Dem Anwender wird durch dieses Verfahren die Möglichkeit gegeben, die Qualität von Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmen in Eigenkontrolle und ohne Zuhilfenahme kostspieliger Geräte oder externer Dienstleister zu ermitteln. Dies erlaubt, zeitnahe Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, falls diese notwendig sind, und somit die Hygienesicherheit weiter zu erhöhen.