Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Monitoringsystems zur kontinuierlichen Überwachung der Hygiene von

raumlufttechnischen Anlagen durch kumulative Erfassung von mikrobiellen Luftverunreinigungen

mittels ion jelly‐Detektor

Zur Sicherstellung der Hygiene von raumlufttechnischen (RLT) Anlagen muss nach VDI 6022 eine periodische Prüfung des Mikroorganismengehalts durch Abklatschproben von der Luftkanalinnenwandung vorgenommen werden. Aufgrund langwieriger Prüfung und langer Prüfintervalle kann es aufgrund des Filterdurchbruchs von Keimen und Sporen unterstützt von wachstumsfördernden Bedingungen durch lokale Wasserdampfkondensation zu erhöhten mikrobiologischen Belastungen kommen. Projektziel ist daher die Entwicklung eines Monitoringsystems zur kontinuierlich-kumulativen Überwachung des hygienischen Status basierend auf der Entwicklung eines ion jelly-Detektors, der auf der Kanalinnenwand angebracht wird. Aufgrund der Wechselwirkung von im ion jelly immobilisierten Fluorogenen mit Mikroorganismen auf der Oberfläche kommt es zur Bildung von stabilen Reaktionsprodukten, deren Fluoreszenzintensität mit der Anzahl aufgebrachter Mikroorganismen korreliert. Die Auswertung erfolgt durch ein optisches System. Der Detektor wird entweder berührungsfrei per Linsenoptik von der gegenüberliegenden Kanalwand aus durch ein optisches Fenster oder alternativ über eine faseroptische Signalein- und -auskopplung ausgelesen. Die Datenerfassung erfolgt durch Ablesung mittels eines transportablen Messsystems oder kann durch ein permanent installiertes Messsystem prinzipiell durch Kopplung an bestehende IT-Systeme erfolgen. Das Monitoringsystem erlaubt es, konventionelle Abklatschuntersuchungen zu ersetzen und durch die kumulativ-kontinuierliche Quantifizierung mikrobieller Kontaminationen Wartungs- und Filterwechselintervalle effektiv zu gestalten. Das Vorhaben gliedert sich in zwei Schwerpunkte: Die Entwicklung von mit Mikroorganismen wechselwirkenden chromogenen Gelmatrizes und die Ausarbeitung optimierter Monitoringsysteme für RLT-Anlagen. Von der Entwicklung profitieren Hersteller von RLT-Anlagen und Filtermaterialien, mit Hygieneprüfungen betraute Hygiene-Dienstleister sowie die Betreiber der Anlagen.

Ergebniszusammenfassung:

Grundlagenarbeiten zur kontinuierlich-kumulativen Überwachung des hygienischen Status von Raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) wurden durchgeführt. Der neuartige Nachweis der Mikroorganismen basiert auf der Integration von fluorogenen Substraten in einer Matrix (ion jelly) aus einem Polymer und einem ionic liquid (ionische Flüssigkeit mit sehr geringem Dampfdruck). Die rasterförmige Abtastung der Matrixoberfläche mit einem Laser bei einem Einstrahldurchmesser von 300 µm erlaubt es, großflächige Eigenfluoreszenzsignale der Sensorfläche weitgehend zu unterdrücken und die schwach zu bezeichnenden lokalen Signale mit Abmessungen von 1 µm nachzuweisen. Lichtleiteranwendungen scheiden aufgrund der relativ starken inhomogenen Störsignale aus. Das entwickelte Rasterscanverfahren kann auf Grundlage der vorliegenden Ergebnisse als grundsätzlich geeignet angesehen werden, räumlich begrenzte Signale durch die enzymatische Aktivität sedimentierter Bakterienzellen auf ion jelly-Sensoren zu detektieren und zu lokalisieren.

An funktionell geeigneten ion jellies wurde ein umfassendes screening zur Untersuchung enzymatisch generierter Fluoreszenz durchgeführt. Die Langzeitaktivität geeigneter Enzyme konnte erfolgreich demonstriert werden. Im Rahmen des Materialscreenings wurden ion jelly-Komposite identifiziert, die für die vorgesehene Anwendung geeignete optische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Die an ion jelly-Kompositen durchgeführten Raster-Scans zeigten die Notwendigkeit möglichst dünner Sensorflächen auf. Die Nutzung geeigneter ion jelly-Komposite als Sensorfläche kann in Kombination mit der Rasterscan-Methode eine Möglichkeit darstellen, kontinuierlich den lokalen Hygienezustand innerhalb von RLT-Anlagen zu dokumentieren. Die Ergebnisse von Strömungssimulationsrechnungen zeigen Möglichkeiten zur Festlegung eines Probenahmepunktes unter strömungstechnischen Aspekten auf, an denen eine hohe Anzahl partikulärer Signale („Bakterien-Impaktion“) wahrscheinlich ist.