Sensor findet einzelne TNT-Moleküle

US-Forscher haben auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren hochempfindliche Detektoren zum Nachweis von Sprengstoffen wie TNT entwickelt.

„Diese neue Generation von Nanosensoren erreicht die ultimative Nachweisgrenze, da sie bei normalem Druck und Raumtemperatur einzelne Moleküle erkennt“, sagt Michael Strano, Professor für chemische Verfahrenstechnik am Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu . Möglich macht das eine Beschichtung mit in Insektengiften vorkommenden Proteinen. Der Ansatz ist ein ernstzunehmender Konkurrent für derzeit gängige Detektoren.

Leuchtend genau
Im Moment kommen beispielsweise auf Flughäfen oft sogenannte Ionenmobilitätsspektrometer zum Einsatz, um Sprengstoff durch die Bewegung geladener Teilchen nachzuweisen. Diese Technologie ist zwar laut Strano sehr zuverlässig, kann aber bei der theoretischen Messgenauigkeit nicht mit den Nanoröhren-Sensoren mithalten. Diese setzen darauf, dass sich gesuchter Substanzen an eine spezielle Beschichtung anlagern – ein Prinzip, das Stranos Team in der Vergangenheit bereits zum Nachweis anderer Chemikalien wie Wasserstoffperoxid oder dem Nervengas Sarin genutzt hat.

Für den Sprengstoffsensor nutzen die Forscher nun Bombolitine – Peptide, die vor allem als Bestandteil des Hummelgifts bekannt sind. Damit kann der Detektor selbst einzelne Moleküle aromatischer Nitroverbindungen wie eben TNT nachweisen. Das geschieht über die Fluoreszenz der Nanoröhren. Denn wenn sich ein Sprengstoffmolekül an das Gift-Protein anlagert, ändert sich die Wellenlänge des abgegebenen Lichts. Das ist laut Strano mit einem speziellen Mikroskop sehr leicht messbar, was die neuen Sensoren besonders attraktiv macht.

Chemischer „Fingerabdruck“
Ein weiterer Vorteil des Ansatzes ist den Forschern zufolge, dass er für die Suche nach einem kompletten chemischer „Fingerabdruck“ geeignet ist. „Verbindungen wie TNT zerfallen in der Umwelt in andere Moleküle. Diese Derivate können ebenfalls mit dieser Form des Sensors nachgewiesen werden“, erklärt Strano. Dazu kommen verschiedene Kohlenstoff-Nanoröhren zum Einsatz, die mit unterschiedlichen Bombolitinen beschichtet sind. Jede dieser Kombinationen reagiert anders auf aromatische Nitroverbindungen, sodass der Nachweis einer gesuchten Substanz und ihrer diversen Zerfallsprodukte möglich ist.

Damit die Sensoren wirklich breite Anwendung finden können, müssen sie dem Chemiker zufolge mit Konzentratoren kombiniert werden, die freie Moleküle aus der Luft in Kontakt mit den Nanoröhren bringen. Die Technologie ist dabei nicht nur zum Nachweis von Sprengstoffen und damit für Militär und Sicherheitsbereich interessant. Denn die Forscher konnten zeigen, dass die Detektoren auch auf zwei Pestizide aus aromatischen Nitroverbindungen reagieren. Somit haben sie Anwendungspotenzial als Umweltsensoren.