A novel, integrated approach to urban water quality monitoring, management and valorization

Das rasante Städtewachstum und der Klimawandel erhöhen den Bedarf an städtischen Wasserressourcen und führen zu verstärkter Verschmutzung und einer Überlastung der Abwassersysteme. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist ein integriertes Management unerlässlich für eine nachhaltige und sichere Wasserversorgung. Das übergeordnete Ziel des Projekts UrbaQuantum ist die Entwicklung neuartiger Sensoren zur Quantifizierung von Krankheitserregern, Cyanobakterien, Mikroplastik und anderen Schadstoffen sowie optimierter Messstrategien und Signalverarbeitungsalgorithmen für die kosteneffiziente, kontinuierliche Überwachung entsprechender Verschmutzungsereignisse. Ein Teil unseres Arbeitspakets umfasst die Entwicklung einer Multiplex-Sensorplattform zur quantitativen Bestimmung ausgewählter Bakterien und Viren aus verschiedenen Wasserquellen, darunter behandeltes Abwasser, Trinkwasser und Oberflächenwasser. Das System kombiniert die automatische Vorkonzentrierung von Krankheitserregern mittels monolithischer Adsorptionsfiltration (MAF) mit der molekularen On-Chip-Analyse mittels heterogener asymmetrischer Rekombinase-Polymerase-Amplifikation (haRPA) auf einer Chemilumineszenz-Microarray-Analyseplattform. Epoxidfunktionalisierte makroporöse Monolithe sind für eine hohe Filtrationseffizienz optimiert, während molekularbiologische Protokolle, einschließlich Primerdesign, Nukleinsäureextraktion und -amplifikation, für die Microarray-basierte Detektion angepasst sind. Dieses integrierte System ermöglicht die simultane Anreicherung, Amplifikation und quantitative Detektion von Zielpathogenen direkt auf einem Mikrochip und somit ein schnelles und sensitives Monitoring. Die Entwicklung dieser Plattform trägt im Rahmen des UrbaQuantum-Projekts zur Sicherheit und Nachhaltigkeit urbaner Wasserinfrastrukturen bei.