Publikation: Biosensorischer Schwermetallnachweis am Smartphone-Photometer

Die Entwicklung und der Einsatz eines 3D-druckbaren Smartphone-Photometers zur Durchführung punktueller Absorptionsmessungen und Erfassung kinetischer Prozesse mit einer Messfrequenz von bis zu 20 s-1 wird vorgestellt. Als Lichtquelle des Smartphone-Photometers dient die smartphoneeigene Blitzlicht-LED. Die Blitzlicht-LED ermöglicht, bedingt durch ihr inhomogenes Emissionsspektrum, Absorptionsmessungen in Wellenlängenbereichen von 425-560 und 625-675 nm. Durch den Einsatz einfacher Filterfolien lässt sich die Wellenlänge des zur Messung verwendeten Lichts problemlos der Probe anpassen. Die Erfassung der transmittierten Lichtintensität erfolgt durch den Umgebungslichtsensor des Smartphones. Die Positionierung der Proben in handelsüblichen Küvetten am Smartphone wird durch ein kompaktes, 3D-druckbares Gehäuse realisiert. Das Gehäuse sowie dessen Halterung lassen sich ohne mechanische Veränderungen an diverse aktuelle Smartphones anpassen.
Durch die kompakte Bauform und den Verzicht auf elektronische Zusatzkomponenten bleibt die Mobilität des Gerätes unbeeinflusst, was beispielsweise bei der Messung von Umweltparametern vor Ort besonders relevant ist.
Als Modellsystem zur Evaluierung des Photometers anhand biosensorischer Messsysteme dient ein kolorimetrisches, ureasebasiertes Bioassay zum Schwermetallnachweis in Wasserproben. Die Auswertung des Bioassays erfolgt auf Basis kinetischer Messungen und wird durch eine halbautomatische Auswertung durch die eigens entwickelte Steuersoftware am Smartphone unterstützt.
In einfachen Probelösungen sind Konzentrationsbestimmungen einzelner Schwermetalle bis in den niedrigen mikromolaren Bereich möglich. In komplexen Proben mit verschiedenen Schwermetallen und nicht metallischen Inhibitoren erlaubt das System Rückschlüsse auf die Wasserqualität, die vergleichbar zu Daphnien- oder Fischlaichtests sind.

M. Schäfer, R. Ulber, Biosensorischer Schwermetallnachweis am Smartphone-Photometer, AMA Association for Sensors and Measurement, Proceeding: 13. Dresdner Sensor-Symposium (2017). doi:10.5162/13dss2017/3.6