Nanotech-Hundenase erschnüffelt Sprengstoff

Forscher an der University of California, Santa Barbara (UCSB) haben einen Detektor entwickelt, das Sprengstoffe und andere Substanzen besonders effizient erschnüffelt.

Dazu setzt das Gerät Mikrofluidik und eine spezielle Form der Spektroskopie, was große Vorteile bringt. „Es muss nicht wie klassische elektronische Nasen 'trainiert' werden“, erklärt UCSB-Chemieprofessor Martin Moskovits gegenüber pressetext. Außerdem ist die Entwicklung extrem empfindlich und kann es als Bombenschnüffler mit dem großen Vorbild Spürhund aufnehmen.

Empfindlich wie der Goldstandard

Spürhunde kommen beispielsweise auf Flughäfen zum Einsatz, um illegale und gefährliche Substanzen wie eben Bomben zu suchen. Das hat einen guten Grund. „Hunde sind immer noch der Goldstandard für Geruchserkennung von Sprengstoffen“, erklärt Carl Meinhart, Professor für Maschinenbau an der UCSB. Doch das neue Gerät ist den Forschen zufolge zumindest ebenso empfindlich wie die Hundenase und kann bestimmte Substanzen sogar dann nachweisen, wenn sie in einer Konzentration von einem Teilchen pro Milliarde und sogar noch weniger vorkommen.

In einer aktuellen Arbeit konnten die Forscher beispielsweise zeigen, dass ihr Gerät das wichtigste von TNT-basierten Sprengstoffen abgegebene Aerosol in geringer Konzentration nachweisen kann. Das ist aber nur eine von vielen Substanzen, die mit der Technologie erschnüffelbar sind, und das Prinzip ist vielseitig einsetzbar. „Potenzielle Anwendungen umfassen die Diagnose bestimmter Krankheiten oder das Aufspüren von Rauschgiften, um nur einige zu nennen“, so Meinhart.

Biologisches Bauprinzip

Das Bauprinzip des Geräts selbst ist vom Aufbau des Geruchssinns von Hunden inspiriert, wo Schleimhäute die Konzentration von Molekülen aus der Luft steigern. Diese Aufgabe übernimmt ein mikrofluidischer Kanal, der für eine Verdichtung von Substanzen um bis zu sechs Größenordnungen sorgt. Die Moleküle interagieren dann mit Nanopartikeln, sodass die folgende oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie gut messbare Signaturen bekommt. Diese spektralen Signaturen werden mit einer Vergleichsdatenbank im Computer abgeglichen, um die eingefangenen Moleküle und somit leicht etwaige Gefahrenstoffe zu identifizieren.

Eben das ist ein Vorteil gegenüber traditionellen elektronischen Nasen, so Moskovits, die mit gespeicherten Mustern arbeiten. „So ein Gerät muss erst trainiert werden, um ein Muster zu erkennen und mit einem bestimmten Molekül in Verbindung zu bringen, genau wie ein Mensch, der zumindest einmal zuvor eine Rose gerochen haben muss“, erklärt der Chemiker. Dementsprechend groß schätzen die Forscher das Potenzial der Entwicklung ein, die über das 2008 gegründete Unternehmen SpectraFluidics http://www.spectrafluidics.com vermarktet wird.

Video-Präsentation zum Gerät: http://vimeo.com/53900492