Künstliche Spürhunde
Nanostrukturierter Sensor für die Detektion sehr niedriger Sprengstoffkonzentrationen
Um Terroranschläge an Flughäfen zu verhindern, möchte man kleinste Konzentrationen von Sprengstoffen einfach aber zuverlässig detektieren. Trotz verschiedener Ansätze für Sensoren sind Hunde noch immer die effizientesten Detektoren. Ein deutsch-französisches Team beschreibt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen neuen mikromechanischen Sensortyp, dessen Aufbau sich an die Sinnesorgane von Schmetterlingen anlehnt.
Ein Ansatz für Sensoren basiert auf so genannten Mikrocantilevern. Es handelt sich dabei um winzige „Biegebalken“, wie sie auch in Rastkraftmikroskopen verwendet werden, um Oberflächen abzutasten. Sie finden aber auch Einsatz in „chemischen Nasen“. Sie werden mit einem Material beschichtet, das den gesuchten Analyten spezifisch bindet. Cantilever können wie eine Feder schwingen. Sind zusätzliche Analyt-Moleküle gebunden, ändert sich die Masse des Mikrocantilevers und damit die Frequenz, mit der er schwingt. Dies lässt sich messen.
Aufgrund der sehr niedrigen Dampfdrücke bei Raumtemperatur ist eine hochempfindliche, zuverlässige Detektion von Sprengstoffen dennoch eine große Herausforderung. Um Mikrocantilever empfindlicher für den Sprengstoff Trinitrotoluol (TNT) zu machen, ließen sich die Forschungsgruppen von Denis Spitzer vom Deutsch-Französischen Forschungsinstitut Saint-Louis und von Valérie Keller vom Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la catalyse in Straßburg, jetzt von den hochsensiblen Sinnesorganen einiger Schmetterlingsarten inspirieren. So erkennen beispielsweise Seidenspinner-Männchen einzelne von einem Weibchen abgesonderte Pheromonmoleküle, wenn diese auf ihre gefächerten Antennen treffen. Darauf befinden sich so genannte Sensillen, eine Art poröser Härchen, in denen chemosensorische Neuronen sitzen.
Die Wissenschaftler statteten Mikrocantilever so ähnlich aus wie die Schmetterlingsantennen. Sie beschichteten sie mit einer dichten dreidimensional geordneten Schicht aus Titandioxid-Nanoröhrchen, die ähnlich wie die Sensillen der Schmetterlinge vertikal ausgerichtet sind. Dies hat mehrere Vorteile: Die spezifische Oberfläche der Mikrocantilever wird deutlich erhöht. Titandioxid kann Stoffe gut binden, die Nitrogruppen enthalten, was für TNT und andere Sprengstoffe charakteristisch ist. Außerdem haben die Röhrchen eine offene Struktur, die den Massetransport erleichtert und so für eine rasche Antwort des Sensors sorgt.
Die Röhrchen sind ca. 1700 nm lang, haben einen Außendurchmesser von etwa 100 nm und eine Wandstärke von 20 nm. Auf einem Cantilever finden sich etwa 500.000 der Nanoröhrchen.
Zu Testzwecken verdampften die Forscher TNT, indem sie einen winzigen Kristall erwärmten. Der Sensor war in der Lage, noch Konzentrationen von weniger als einem ppt (parts per trillion = 1 Teil pro eine Billion Teile) innerhalb von 3 min nachzuweisen. Die Forscher arbeiten nun daran, auf dieser Basis ein selektives Detektorsystem für Sprengstoffe oder andere Gase zu bauen.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
![[Fe]-Hydrogenase-Katalyse mittels Parawasserstoff-verstärkter Kernmagnetresonanzspektroskopie sichtbar gemacht](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Diese Produkte könnten Sie interessieren
VEGAPULS | VEGABAR | VEGASWING von VEGA Grieshaber
Füllstände cybersicher überwachen - so geht’s
Erfahren Sie mehr über den einzigartigen Sensor für flüssige und feste Medien
SprayMaster inspex von LaVision
Qualitätsprüfung für Ihren Sprühprozess durch digitale Spray- und Partikelanalyse
Verlässlich, automatisiert, digital – Die Geometrie-Messung Ihres Sprühverfahrens in Echtzeit
FireSting-PRO von PyroScience
Neues faseroptisches Messgerät: Präzise Messungen selbst in kleinsten Volumen
Messen Sie pH, Sauerstoff und Temperatur sogar unter sterilen Bedingungen
VIONIC powered by INTELLO von Metrohm
Der neue Potentiostat ideal für Batterie-, Brennstoffzellen- und Elektrolyseapplikationen
VIONIC powered by INTELLO
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Sensortechnik
Die Sensortechnik hat die chemische Industrie revolutioniert, indem sie präzise, zeitnahe und zuverlässige Datenbereitstellung in einer Vielzahl von Prozessen ermöglicht. Vom Überwachen kritischer Parameter in Produktionslinien bis hin zur Früherkennung potenzieller Störungen oder Gefahren – Sensoren sind die stillen Wächter, die Qualität, Effizienz und Sicherheit gewährleisten.
Themenwelt Sensortechnik
Die Sensortechnik hat die chemische Industrie revolutioniert, indem sie präzise, zeitnahe und zuverlässige Datenbereitstellung in einer Vielzahl von Prozessen ermöglicht. Vom Überwachen kritischer Parameter in Produktionslinien bis hin zur Früherkennung potenzieller Störungen oder Gefahren – Sensoren sind die stillen Wächter, die Qualität, Effizienz und Sicherheit gewährleisten.
