AIE-aktive Photosensibilisatoren zum Monitoring und zur Minimierung der mikrobiellen Kontaminationen im Feuchtmittelkreislauf
Kurzbezeichnung: AIE-aktive Photosensibilisatoren
Fogra-Nr. 32.177
Projektleiter: Dr. P. Stolper
Partner: wfk – Cleaning Technology Institute e.V., Krefeld
Förderung: BMWK (IGF) über DLR
Laufzeit: 01.02.2023 - 31.01.2025
Aufgabenstellung und Relevanz
Bei den Feuchtmittelkreisläufen von Offset-Druckmaschinen muss regelmäßig großer Reinigungs- und Pflegeaufwand betrieben werden. Der Grund ist, Biofilmbildung zu verhindern. Dies führt zu hohem finanziellen Aufwand bei den Druckereien. Die Verkeimung von Feuchtmittelkreisläufen wird durch den stetig reduzierten Einsatz von Isopropanol immer kritischer. Hinzu kommt die neue Einstufung von konventionell eingesetzten Bioziden als Gefahrenstoff durch die ECHA (Europäische Chemikalien Behörde). Das führt dazu, dass Feuchtmittelzusätze nur noch geringe Mengen solcher Substanzen aufweisen.
Diese Umstände machen es notwendig, neue Lösungen für die Verkeimungsproblematik zu finden. Daher werden im Rahmen dieses Forschungsprojektes neuartige Substanzen, nämlich Photosensibilisatoren mit Aggregations-induzierter Emission (AIE-aktive Photosensibilisatioren) in Feuchtmitteln eingesetzt. Diese sollen es erlauben, sowohl die Verkeimung zu überwachen als auch eine Möglichkeit bieten, die Mikroorganismen abzutöten.
Ansprechpartner
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Lösungsweg
Um das Ziel des Forschungsvorhabens zu erreichen, sind folgende Schritte notwendig:
Identifikation der relevanten Mikroorganismen
Entwicklung von AIE-aktiven Photosensibilisatoren
Entwicklung für den Prozess der photodynamischen Inaktivierung
Entwicklung eines Monitoring-Systems
Untersuchung des Einflusses von Feuchtmittelkomponenten auf die Photosensibilisatoren
Untersuchung des Einflusses der Photosensibilisatoren auf die Maschinenmaterialien
Druckversuche
Angestrebte Ergebnisse
Ziel dieses Forschungsprojektes ist, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem mikrobielle Kontaminationen im Feuchtmittelkreislauf überwacht und minimiert werden können. Dies erfolgt auf der Basis speziell zu entwickelnden AIE (Aggregations-induzierte Emission)-aktiver Photosensibilisatoren. Durch Energieübertragung fluoreszieren sie und geben absorbierte Energie an umgebende Moleküle ab, wenn ihre molekulare Beweglichkeit (z. B. bei Einlagerung in Bakterien) photochemisch angeregt wird (z. B. durch Bestrahlung mit Vis-Licht). Dieser Übertrag auf Umgebungsmoleküle führt dazu, dass hochreaktive Sauerstoffspezies (ROS) und Singulett-Sauerstoff ausgebildet werden. Um mikrobielle Kontaminationen im Feuchtmittel zu überwachen und bedarfsgerecht zu inaktivieren, werden die AIE-aktiven Photosensibilisatoren (z. B. als Teil des Feuchtmittelkonzentrats) in geringer Konzentration in die
Feuchtmittelkreisläufe dosiert. Dort lagern sie sich in die vorhandenen Bakterien ein und schränken die molekulare Beweglichkeit ein. Indem die Fluoreszenz kontinuierlich gemessen wird, lässt sich mittels speziell zu entwickelnder Algorithmen überwachen, ob eine mikrobielle Kontamination bzw. die Überschreitung eines Schwellenwertes auftritt. Zur bedarfsgerechten Dekontamination des Feuchtmittelkreislaufes wird dieser mit Licht geeigneter Wellenlänge (z. B. mittels in den Kreislauf eingebrachter Vis-LED-Arrays) behandelt. Durch die Anregung der in den Mikroorganismen vorliegenden AIE-aktiven Photosensibilisatoren bildet sich eine reaktive Spezies, die diese oxidativ inaktivieren (photodynamische Inaktivierung). Eine erfolgreiche Dekontamination lässt sich mittels Fluoreszenzmessungen (Wegfall des Fluoreszenzsignals) nachweisen.