Projekt 18339/01

Entwicklung von Nutzgeräten zur Lokalisierung und Abnahme schädigender Caseinüberzüge auf Wandmalereien auf Basis biotechnologischer Verfahrensentwicklungen

Projektdurchführung

Leibniz Universität HannoverZentrum Angewandte ChemieInstitut für Technische Chemie
Callinstr. 5
30167 Hannover

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die in dem Projekt Innovative Verfahren zur enzymatischen Abnahme schädigender Caseinüberzüge auf Wandmalereien (AZ 10631) entwickelte Methode zur kontrollierten enzymatischen Caseinzersetzung soll in ein anwenderfreundliches, robustes Nutzgerät überführt werden. Hierzu bedarf es vor allem einer Minimierung der Oberflächenfluoreszenzanalytik, die z. Z. noch den umfangreichsten Teil der Anlage darstellt. Parallel zu diesen Entwicklungsarbeiten sollen Arbeitseinsätze an Wandmalereiobjekten in Auftragsarbeit durchgeführt werden, wobei der Schwerpunkt beim Caseinnachweis liegen soll. Weiterhin sollen interessierte Anwender und Restauratoren in begleitenden Seminaren in die Handhabung der Methodik eingewiesen werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde wie folgt untergliedert:Applikationsentwicklung des handlichen UV-Fluoreszenz-Nutzgeräts zum Caseinnachweis auf Oberflächen: Beinhaltet die gesamte Entwicklung der Oberflächenfluoreszenzmesseinheit, von Bauteilauswahl bis zur Entwicklung elektronischer Module. Angestrebt wird eine Gerätegröße von 19 Zoll; das Gerät sollte zudem robust und transportabel sein, da es flexibel eingesetzt werden muss. Aufbau einer internetfähigen Kommunikation zur Online-Hilfe der Anwender durch Wissenschaftler.
Flankierung von Restaurierungsmaßnahmen durch Caseinnachweise vor Ort in Auftragsarbeit: Die systematische Caseinanalyse wird angeboten, um die Verbreitung zu fördern und den Nutzen der neuentwickelten Methodik zu demonstrieren. Weitere Applikationsmöglichkeiten neben der Denkmalpflege werden gesucht und getestet, um das Marktpotential des neuentwickelten Sensors zu verbessern.
Verbreitung der wissenschaftlichen Grundlagen des Verfahrens in ganztägigen Anwenderschulungen: 1. + 2. Caseinanwenderseminar, parallel zur wissenschaftlichen Publikation durchgeführt, dienen der Verbreitung der wissenschaftlichen Grundlagen der Caseinproblematik und der Anwenderschulung.


Ergebnisse und Diskussion

Der Aufbau der miniaturisierten Fluoreszenzmesseinheit zur Detektion von Casein auf Oberflächen wurde in Form eines tragbaren UV-Fluoreszenzsensors in einem 19-Zoll-Gehäuse verwirklicht. Es wurden die optimalen Bauteile für das Gerät ausgewählt, ein aufwendiger Vorgang, da der UV-Bereich, in dem gemessen wird, schwer zugänglich ist und extreme Anforderungen an das Material stellt. So mussten alle lichtpermeablen Bauelemente aus Quarzglas gefertigt sein. Zur Anregung muss zudem auf Deuterium-hochdrucklampen zurückgegriffen werden, da keine Dioden für den benötigten Anregungswellenlängenbereich existieren. Auch die Detektion kann nicht über Photodioden erreicht werden, da zu geringe Fluoreszenzintensitäten gemessen werden, die nur durch Photomultiplier (PMT) detektierbar sind. So ergibt sich für die Ausstattung des Fluoreszenzgeräts ein hoher Materialkostenaufwand, der bei mindestens 3.000,- € pro Gerät liegt. Dies macht einen Verkaufspreis bei Produktion einer Kleinstserie von z.B. 100 Stück unter 15.000,- € unrealistisch.
Das UV-Fluoreszenz-Nutzgerät überzeugte in den Testmessungen durch eine hohe Sensitivität, die die des bis dato verwendeten Laborfluoreszenzgerätes noch übertraf. Die Korrelation der Ergebnisse mit anderen Analysentechniken belegte darüber hinaus die Eignung des UV-Fluoreszenzsensors als Feldanalytik für die Caseinnachweise auf Wandmalereien. So konnte auf realen Wandmalereien Casein auch auf Probeflächen nachgewiesen werden, wo bei dem Labormessgerät keine eindeutigen Aussagen mehr möglich waren.
Neben diesen Arbeiten wurde versucht zusätzliche Applikationsmöglichkeiten für das neuentwickelte Nutzgerät zu finden. Es wurden eine Vielzahl verschiedener Untersuchungen durchgeführt, die die Eignung des Nutzgeräts, z.B. als nützliches Tool zum Online-Monitoring, bei Kultivierungen belegte oder auch als Qualitätssensor für Feststoffe im Bereich der Lebensmittelindustrie (Proteinbestimmung in Naturprodukten). Diese zusätzlichen Applikationsmöglichkeiten erweitern das Marktpotential des Nutzgeräts entscheidend.
Im Bereich der Objektanwendungen wurden vielfältige Anfragen von Restauratoren und Wissenschaftlern bearbeitet. Neben einfachen Anfragen nach Informationsmaterial zur Caseinproblematik wurden auch erste Vor-Ort-Untersuchungen durchgeführt. Beispielhaft seien hier die Untersuchungen an Gipsabgüssen im Antikenmuseum Leipzig genannt, die dazu dienten etwaiges Casein, dessen Verwendung als Bindemittel vermutet wurde, zu identifizieren. Als weitere Feldanwendung seien die Untersuchungen an Produkten der Fa. Pelikan genannt. Die im Zusammenhang mit den Feldmessungen angestrebte Verwirklichung einer Internetkommunikation zur Online-Beratung von Anwendern durch Wissenschaftler konnte erfolgreich entwickelt werden.
Nach dem 1., schon im Vorfeld des Projekts durchgeführten Caseinanwenderseminar (21.11.00) wurde am 29.10.01 in Hannover das 2. Caseinanwenderseminar durchgeführt. Das Fachpublikum wurde über die Ergebnisse der Arbeiten informiert. Das Anwenderseminar hatte wie auch schon das erste eine äu-ßerst positive Resonanz, aus der u.a. auch Möglichkeiten zum Einsatz des Nutzgeräts an realen Objek-ten hervorgingen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veranstaltung Nieders. Genwelten, 15.6.01, Beitrag Broschüre Biotechnologie in Niedersachsen,Caseinanwenderseminare I + II am 21.11.00 und 29.10.01, Präsentation DBU-Ausstellung Umweltentlastung ab 28.11.02, Veröffentlichung Biotechnology and Bioengineering, Vol 80, iss 1, 02, pp13, Veröf-fentlichung Berichte zur Denkmalpflege in Niedersachsen, Heft 4/01, pp150


Fazit

Die Entwicklungsarbeiten des UV-Fluoreszenz-Nutzgeräts waren problematisch, was mit der Erfassung des relevanten UV-Messbereichs zusammenhing. Der Materialkostenaufwand wurde daher größer als erwartet, so dass unter Berücksichtigung des Entwicklungsaufwands auch in Serienproduktion ein Verkaufspreis unter 15.000,- € für das Gerät nicht realistisch erscheint. Mit der Entwicklung von UV-Dioden, die in den nächsten Jahren den Markt erobern sollen, wird sich dieser Preis erheblich reduzieren lassen. Die Objektanwendungen verliefen zufriedenstellend. Eine offensivere Arbeit in diesem Bereich wäre wünschenswert gewesen, war aber durch die Komplikationen der Entwicklungsarbeiten nicht möglich. Es wurde aber eine Vielzahl weiterer Applikationsmöglichkeiten für das Gerät gefunden, um das Marktpotential zu vergrößern. Die offensive Öffentlichkeitsarbeit wurde im ganzen Projekt beibehalten und führte wiederum zu großem öffentlichen Interesse.