Neue Technik findet winzigste Sprengstoffspuren

Forscher am Biodesign Institute der Arizona State University (ASU) haben eine Methode entwickelt, mit der sie in der Lage sind, winzige Spuren chemischer Substanzen nachzuweisen. Damit ist es ihnen gelungen, an einem Fingerabdruck winzige TNT-Partikel mit einem Gewicht von weniger als einem Milliardstel Gramm zu finden und zu identifizieren.

„Wir können diese TNT-Spuren leicht nachweisen, da wir die Stärken optischer Mikroskopie, die räumlichen Auflösung bietet, mit der hohen Empfindlichkeit und Trennschärfe elektrochemischer Detektion kombinieren“, erklärt N.J. Tao, Leiter des Biodesign Institute. Doch die Methode, die in der aktuellen Ausgabe des Magazins Science vorgestellt wird, bietet noch weitere Anwendungsmöglichkeiten unter anderem in der Medizin.

Sprengstoff, Biomarker und Schwermetalle

In einem Experiment haben die Forscher gezeigt, dass sie mit dem „Electrochemical Imaging Microscopy“ genannten Ansatz die Struktur eines Fingerabdrucks gut sichtbar machen können. Durch eine geeignete angelegte Spannung wurden dann TNT-Spuren sowohl chemisch als auch optisch nachgewiesen. Doch dieser Nachweis von Sprengstoffspuren ist den Wissenschaftlern zufolgen nur eines von vielen möglichen Anwendungsgebieten der Methode.

Das Team arbeitet beispielsweise daran, mit dem Ansatz die Aktivität lebender Zellen zu überwachen. Weiters könnten den Forschern zufolge Protein-Biomarkern schneller und billiger als bisher nachgewiesen werden. Das wäre für die medizinische Diagnostik interessant, da Biomarker als Frühwarnsignale für Erkrankungen dienen können. Ebenfalls denkbar sei, mit der Methode Schwermetallspuren in Trinkwasser zu finden.

Leistungsfähige Methode dank Plasmonen

Der Ansatz kombiniert elektrochemische Methoden mit denen der optischen Mikroskopie. Dadurch entsteht ein deutlich leistungsfähigeres Werkzeug zum Nachweis chemischer Substanzen. Es sei schnell, nicht-invasiv bezogen auf das untersuchte chemische System und in der Lage, eine detaillierte Karte der untersuchten Oberfläche zu erstellen, bei der genau ersichtlich ist, welche Chemikalien wo zu finden ist, so die Forscher.

Eine Mikroelektrode – wie bei chemischen Sensoren üblich – ist nicht erforderlich. „Der Schlüsselgedanke ist, ein optisches Signal in einen lokalen elektrochemischen Strom umzuwandeln“, sagt Tao. Dazu setzen die Wissenschaftler auf ein Phänomen namens Oberflächenplasmonenresonanz. Ein Plasmon ist ein wellenähnlicher Schwingungszustand eines Elektrons in einem Leiter, der laut Tao sehr empfindlich auf Veränderungen nahe einer Elektrodenoberfläche reagiert. Das macht sich die Methode seines Teams zunutze.