Anhand der Fühler und Sinnesorgane des Seidenspinners haben Wissenschaftler einen Sensor entwickelt, der selbst winzige Spuren verschiedener Sprengstoffe nachweisen kann.
Das wirksame Aufspüren von Sprengstoffen wie Trinitrotoluen (TNT) ist eine große Herausforderungen. Denn die einzelnen Bestandteile sind sehr flüchtig, für eine Detektion auf Distanz sind extrem empfindliche Sensoren nötig. Aktuelle Systeme können jedoch nur Konzentrationen in der Größenordnung von 1 ppb (ein Molekül pro 109 Moleküle Luft) detektieren, eine Leistung, die zum Beispiel für Sicherheitseinrichtungen in Flughäfen unzureichend ist. Hingegen haben viele Tiere einen Geruchssinn, der weit geringere Spuren erschnüffeln kann. Dazu gehört der Bombyx mori, auch Seidenspinner. genannt. Er kann selbst einige wenige Moleküle eines bestimmten weiblichen Hormons erspüren.
Seine Antennen bestehen aus Fäden, die unter einem Millimeter fein sind. Auf ihnen sitzen eine große Anzahl Sinnesorgane – kleinste Fasern im Mikrometerbereich –, die direkt mit den Sinnesneuronen verbunden sind. Diese Struktur wollten die Wissenschaftler vom Labors NS3E (Nanomaterialen für Systeme unter extremen Belastungen- ISL-CNRS) aufspüren. NS3E ist ein gemeinsames Forschungslabor des Deutsch-Französischen Forschungsinstituts Saint-Louis (ISL) und des französischen Forschungsverbunds CNRS.
Das von ihnen entwickelte System besteht aus einer 200 µm langen und 30 µm breiten Messnadel aus Silizium, dem Mikro-Cantilever. Dieser Träger wurde mit ungefähr 500 000 Titandioxid-Nanotubes bestückt, die vertikal dort aufgereiht sind. Mit diesen Nanostrukturen wird die Oberfläche des Mikro-Cantilevers um den Faktor 100 vergrößert – und damit die Wahrscheinlichkeit, die gesuchten Moleküle zu erfassen, erheblich erhöht. Die Empfindlichkeit des Systems liegt bei 800 ppq. Das entspricht ungefähr der Empfindlichkeit von Spürhunden.
Weitere wissenschaftliche Untersuchungen sind noch erforderlich, um ein leicht handhabbares Gerät zu entwickeln. Die Wissenschaftler möchten schon jetzt dieses System an die Detektion anderer Sprengstoffe anpassen wie Pentrit, welches in Europa ein ernstes Sicherheitsproblem darstellt.
Die Methode könnte weiterhin zur Detektion gewisser leicht flüchtiger Drogen dienen. Im Bereich Umweltschutz könnte dieses Verfahren die Messung geringster Spuren von Umweltgiften wie flüchtiger organischer Substanzen ermöglichen, zur Zeit ein Haupt-Gesundheitsrisiko. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ veröffentlicht.
Weitere Informationen: www.isl.eu
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