abgeschlossenes Projekt

Dieses Projekt ist noch nicht beendet.

FischFit-Monitoring

Projektlaufzeit: 08/2008 - 07/2011

Die Aquakultur ist weltweit der am schnellsten wachsende Bereich der Lebensmittelproduktion (NSEC 2005). mit einem Anteil von 6 % an der Welttierproduktion (Fleischproduktion) und damit 10 % der Weltproteinproduktion. Die Gesundheit der Fische ist somit ein essenzieller ökonomischer Faktor in der Aquakultur. Bei hohen Besatz- und Bestandsdichten ist bei Ausbruch einer Erkrankung mit einem epidemischen Verlauf und damit einem exponentiellen Verlustanstieg zu rechnen, der schnell bis zu 100 % erreichen kann. Es besteht damit ein dringender Bedarf an einer permanenten Beobachtung des internen Status der Fische zur frühzeitigen Diagnose sich anbahnender Erkrankungen oder nachlassender Fitness mit rechtzeitiger Einflussnahme.

Ziel des Projektes "FischFIT-Monitoring - Integrierte Mikrosystemtechnik im Wasser" war die Entwicklung und Testung eines innovativen telemetrischen Multiparameter-Sensorsystems zur Gesundheitsdiagnose und Überwachung von Fischen in der Aquakultur. Durch den späteren Einsatz des Mess- und Diagnosesystems sollen Krankheits- und Belastungszustände der Fische rechtzeitig angezeigt werden. Damit soll das System eine Prophylaxe bzw. frühzeitige Therapie von Fischerkrankungen bzw. das rechtzeitige Beseitigen ungünstiger Umweltbedingungen ermöglichen. Hierdurch sollen die Aufzucht- bzw. Lebensbedingungen der Tiere in Fischzuchtanlagen der Süßwasser-Aquakultur verbessert werden, wodurch eine erhebliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Aquakulturbetriebe erreicht wird.

  • Entwicklung und Bau eines miniaturisierten, implantierbaren Testsensors zur rückwirkungsfreien Messung physiologischer Parameter (Atemfrequenz, Herzfrequenz, Körpertemperatur, Gewebepotenzial, Gewebewiderstand, Schwimmaktivität)
  • Entwicklung einer neuartigen Low-Power-Sensorik
  • Erforschung intelligenter telemetrischer Kommunikationsmodule zur telemetrischen Weiterleitung der Messsignale an ein zentrales DV- System
  • Technische und biotechnische Erprobung Teilkomponenten und des Konzeptdemonstrators
  • Entwicklung eines Verfahrens zur automatischen Diagnoseerstellung für Fische auf der Grundlage der chronobiologischen Regulationsdiagnostik

Im Rahmen des FischFIT-Monitorings wurden die Hardware-Softwarekomponenten zur Erfassung von physiologischen Daten und Verhaltensdaten an Fischen entwickelt und getestet. Es wurden Untersuchungen und Datenanalysen an insgesamt 66 Fischen (Karpfen) über einen durchschnittlichen Messzeitraum von 14 Tagen für je vier physiologische Parameter (Körpertemperatur, Gewebepotenzial, Gewebewiderstand, Muskelaktivität) und einem Verhaltensparameter (3D-Beschleunigung) sowie ethologische Beobachtungen mittels Videoaufzeichnung durchgeführt.

Dabei wurde der Einfluss verschiedener Stressorarten, differenziert nach 3 Langzeitstressoren (Temperaturerhöhung von 20 °C auf 30 °C, Sauerstoffabsenkung von 8mg/l auf 2mg/l, Besatzdichteerhöhung von 10 kg/m³ auf 20 kg/m³) und 5 Kurzzeitstressoren (Lärm, Licht, herabfallender Gegenstand, Handling, Schatten) untersucht. Zusätzlich wurde das Verhalten der Fische bei natürlichem Tod untersucht.

Im Rahmen des Projektes konnte ein implantierbarer Sensor für Fische zum Monitoring physiologischer Daten und Verhaltensdaten entwickelt und erfolgreich eingesetzt werden.

Zum Messen der Herz - und Atemfrequenz wurde ein neuartiges Verfahren mit Hilfe eines Drucksensors zur Patenteinreichung erfolgreich erprobt. Ebenso befindet sich ein neuartiges Verfahren zur induktiven Nachladung von Energie im Rahmen einer weiteren Patenteinreichung zur Prüfung. Die Wirkung der verschiedenen Stressorarten auf den Gesundheitszustand der Fische konnte erfolgreich nachgewiesen werden. Dazu wurde das Verfahren zur Bestimmung von Verhaltenszuständen mit Hilfe eines neuronalen Netzes und der chronobiologischen Regulationsanalyse auf pathologische Zustände erweitert. Die bestimmten Reaktionen auf Stressoren hin entsprachen den erwarteten physiologischen Reaktionen. Darüber hinaus konnten sympatisch und parasympatisch innizierte Reaktionen bei Fischen nachgewiesen werden.

Im Rahmen des Projekts FischFit-Monitoring konnte erstmals die Möglichkeit der kontinuierlichen telemetrischen Übertragung gesundheitsrelevanter Daten von Zuchtfischen (Karpfen) erfolgreich gelöst werden. Im Rahmen eines Re-Designs ist der implantierbare Sensor für den Praxiseinsatz weiter zu verkleinern und die Lösungen zur induktiven Nachladung des Sensors sind für die Praxis einsatzfähig zu gestalten. Die erreichten Ergebnisse über die Veränderung unter verschiedenen Stressorarten auf die Gesundheit der Fische sind zu verifizieren.

Projektträger

Investitionsbank Berlin (IBB)

Kooperationspartner

  • Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) im Forschungsverbund Berlin e. V.
  • Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM), Berlin
  • ELBAU Elektronik Bauelemente GmbH, Berlin

Ansprechpartner IASP

Dr. Hans-Ullrich Balzer