Das TU-Wien Spin-Off-Unternehmen usePAT nutzt Ultraschalltechnik für industrielle Messungen – so kann man etwa einfacher und schneller als bisher Mikroplastik in Wasserproben nachweisen.

Mikroplastik ist ein weltweites Umweltproblem: Es reichert sich in den Meeren an und wird von Tieren aufgenommen. Wie viel sich von welchen Plastiksorten in einer Umweltprobe befindet, ist schwierig zu messen. Normalerweise wird das Wasser gefiltert und der Rückstand chemisch untersucht.

Nun gibt es eine viel einfachere Methode: Das TU-Spin-Off usePAT hat eine Technologie entwickelt, mit der man winzige Partikel direkt in der Wasserprobe lokalisieren und messen kann. Mit Ultraschallwellen lassen sich die Plastikteilchen an ganz bestimmten Punkten konzentrieren und festhalten, dann verwendet man Laserstrahlen um die chemische Zusammensetzung der Partikel zu bestimmen.

Neue Methode ist schneller und genauer

Die häufigsten Bestandteile von Mikroplastik in den Weltmeeren sind die üblichen Kunststoffe, mit denen wir alle im Alltag zu tun haben – etwa Polypropylen, Polyethylen, PET oder Polystyrol (Styropor). Die Partikelgrößen können sehr unterschiedlich sein: Als „Mikroplastik“ gilt alles unterhalb einer Größe von fünf Millimetern, aber auch Partikel im Mikrometerbereich lassen sich im Meerwasser finden.

„Die übliche Methode, Mikroplastik nachzuweisen, war bisher filtern und scannen“, sagt Dr. Christoph Gasser von der Firma usePAT. „Man filtert eine große Wassermenge und analysiert das konzentrierte Partikel-Substrat dann mit Hilfe von Raman-Spektroskopie. Doch dieses Verfahren ist langsam und aufwändig, und man konnte zeigen, dass die Ergebnisse manchmal durch die verwendeten Filter verfälscht werden.“

Stehende Schallwellen

Die Lösung des TU-Spin-Offs usePAT kommt hingegen ganz ohne Filter aus – stattdessen kommt Schall zum Einsatz: Im Probebehälter wird eine stehende Ultraschall-Welle erzeugt. „Eine stehende Welle zeichnet sich dadurch aus, dass die Schwingung an manchen Punkten sehr stark ist und es dafür an den Knotenpunkten der Welle überhaupt keine Schwingung gibt“, sagt Dr. Stefan Radel. An den Schwingungsknoten sammeln sich die Partikel an – nur dort können sie sich halten. Von den Orten, an denen die Schallwelle stärker ist, werden sie weggestoßen.

Auf diese Weise kann man somit das Mikroplastik an bestimmten Punkten ohne Filter konzentrieren. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung kann dann wie bisher üblich mit Hilfe der Raman-Spektroskopie erfolgen. Dabei nutzt man die Tatsache, dass Moleküle die Wellenlänge von Laserlicht auf charakteristische Weise verändern.

Lösungen für die Industrie 4.0

„Mit unseren Ultraschalltechnologien können wir viele unterschiedliche Messverfahren deutlich vereinfachen. Die Nachfrage in der Industrie ist groß“, sagt Mag. Georg Heinz von usePAT. „Wir machen Messungen dadurch nicht nur einfacher und schneller, in vielen Fällen können wir auch helfen, die Produktqualität zu verbessern, den Ressourcenverbrauch zu senken und für mehr Sicherheit zu sorgen.“

Die Technologie wurde in einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen den TU Wien Instituten für angewandte Physik bzw. chemische Technologien und Analytik über Jahre entwickelt. Gut die Hälfte des aktuellen usePAT Teams wurde an der TU Wien ausgebildet. usePAT wurde mit Unterstützung des Technologietransfers gegründet und hat den TU Wien Inkubator innovation incubation center (i2c) durchlaufen.

Bild ganz oben: Eine Raman-Sonde als Teil des Messsystems von usePAT. Foto: usePAT