Höhere Temperaturen sorgen dafür, dass Blaualgenblüten in Badegewässern weltweit häufiger auftreten. Das darin enthaltene Toxin Microcystin-LR kann schwere Leberschäden verursachen und bei höheren Dosierungen sogar tödlich sein. Gleichzeitig wächst die Sorge, dass das Toxin in unser Trinkwasser gelangen könnte. Seit Anfang des Jahres gibt es deshalb erstmals einen Grenzwert in der Trinkwasserverordnung. Der Nachweis des Toxins erfordert bislang aufwendige Laboranalysen. Entsprechend groß ist das Interesse an einem Testverfahren, der eine schnelle und empfindliche Detektion ermöglicht.
Vincent, der an der HTWG Konstanz den Masterstudiengang Umwelt- und Verfahrenstechnik absolvierte, forschte während seiner Masterarbeit am fem Forschungsinstitut genau daran. Gemeinsam mit seinem Betreuer Dr. Birger Freisinger entwickelte er einen neuen Ansatz auf Basis von Edelmetallnanopartikeln, um das Blaualgentoxin einfacher und schneller nachzuweisen.
Das Prinzip des Schnelltests: Ein einfacher Farbwechsel
Der Nachweis basiert auf einem einfachen Farbwechsel. Goldnanopartikel erscheinen in einer stabilen Lösung rot. Verklumpen sie durch Salze im Wasser, verändert sich ihre Farbe zu Blau-Grau. Damit das nicht geschieht, werden die Partikel mit speziellen DNA-Bausteinen, sogenannten Aptameren, umhüllt. Sie stabilisieren die Goldnanopartikel, sodass die Lösung rot bleibt.
Befindet sich jedoch Microcystin-LR in der Probe, binden sich die Aptamere an das Toxin und lösen sich von den Goldpartikeln. Diese verlieren dadurch ihren Schutz, verklumpen und die Lösung verfärbt sich von Rot nach Blau-Grau. Dieser Farbwechsel bildet die Grundlage des Schnelltests.
Soweit die Theorie: Doch funktioniert das auch in der Praxis?
Anfangs funktionierte das Verfahren nur bei vergleichsweise hohen Toxinkonzentrationen. Der Grenzwert für Trinkwasser liegt jedoch um Größenordnungen darunter. Vincent passte deshalb Salz- und Aptamerkonzentrationen sowie weitere Versuchsparameter gezielt an. Dadurch gelang es ihm, die Empfindlichkeit des Systems deutlich zu steigern. Am Ende konnte Microcystin-LR sogar unterhalb des Grenzwerts der Trinkwasserverordnung mit einem UV/VIS-Spektrometer nachgewiesen werden. Mit bloßem Auge ist dieser Nachweis zwar noch nicht möglich, doch das Verfahren zeigt das Potenzial des Ansatzes. Da sich die Aptamere gezielt an andere Zielstoffe anpassen lassen, könnte das System künftig auch zum Nachweis weiterer Toxine oder Krankheitserreger eingesetzt werden.
„Diese Masterarbeit ist praktisch der Prototyp einer erfolgreichen Forschungsarbeit. Aus einer zunächst eher theoretischen Idee wurde durch gezielt geplante Versuche, eine sorgfältige Auswertung und die konkrete Einordnung der Ergebnisse Schritt für Schritt ein funktionierender analytischer Ansatz entwickelt“, fasst Dr. Freisinger zusammen.
Für ihn liegt der Erfolg der Arbeit vor allem im Forschungsprozess und in Vincents strukturierter Arbeitsweise. „Gute Forschung bedeutet auch, unerwartete Ergebnisse kritisch zu hinterfragen, daraus neue Schlüsse zu ziehen und diese wiederum experimentell zu überprüfen. Vincent hat seine Versuche gezielt vorbereitet, Prioritäten richtig gesetzt und sich auf die Experimente konzentriert, die die Arbeit wirklich vorangebracht haben. Für den Verlauf war das ein großer Gewinn“, lobt Dr. Freisinger seinen Masteranden.
Besonders in Erinnerung geblieben ist Vincent dabei die Freiheit, eigene Ideen konsequent verfolgen zu können. „Ich konnte meine Masterarbeit komplett selbst planen und Vermutungen mit Experimenten überprüfen. Dieses Vertrauen und die Selbstständigkeit kannte ich aus der Industrie nicht und habe ich am fem sehr geschätzt.“
Gleichzeitig lernte er, wissenschaftliche Ergebnisse kritisch zu hinterfragen. „Mich hat überrascht, dass es bereits sehr viele Untersuchungen zu dem Thema gibt, sich viele veröffentlichte Ergebnisse aber nicht bestätigen ließen. Es war spannend zu sehen, welche Ansätze tatsächlich funktionieren und welche eigenen Vermutungen sich bestätigt haben – oder eben nicht.“
Manche Erkenntnisse wurden erst sichtbar, als Vincent seine Messdaten Tage später noch einmal mit frischem Blick auswertete. Wie entscheidend dieser zweite Blick sein kann, zeigte sich auch bei der Entwicklung des Schnelltests. Erst die Analyse des gesamten Spektrenverlaufs statt nur der Intensitätsmaxima der UV/VIS-Spektren ermöglichte eine deutlich zuverlässigere Unterscheidung verschiedener Microcystin-Konzentrationen und verbesserte die Nachweisgrenze erheblich. „Das ist der entscheidende Schritt, um aus dem Verfahren perspektivisch ein anwendungsnahes analytisches System, etwa in Form eines Schnelltests, zu entwickeln“, sagt Dr. Birger Freisinger. So wurde aus einer theoretischen Idee Schritt für Schritt ein empfindliches Nachweisverfahren, das künftig den Weg zu einem praxistauglichen Schnelltest ebnen könnte.
Für Vincent endet mit der erfolgreich abgeschlossenen Masterarbeit ein intensiver Forschungsabschnitt. Seit April 2026 arbeitet er als Ingenieur für Versorgungstechnik beim Amt für Vermögen und Bau in Schwäbisch Gmünd.
