Gase-Erkennung anhand ihrer Geschwindigkeit

Elektronische Nase der Katholischen Universität Löwen lässt bisherige Systeme alt aussehen

Prinzipskizze der neuen E-Nase aus Löwen (Illustration: "Nature Communications")

Löwen (pte007/30.09.2025/06:15)

Erkennung von Giftgasen, Atemanalysen zur Erkennung von Krankheiten und die Entdeckung von verstecktem Sprengstoff oder von Drogen: Diese Aufgaben löst ein neuer Sensor von Margot Verstreken von der Katholischen Universität Löwen spielend.

Herkömmliche chemische Sensoren messen in der Regel, wie viel einer bestimmten Substanz an einer Oberfläche haftet. Die Luft enthält jedoch Hunderte von flüchtigen organischen Verbindungen, oft in geringen Konzentrationen und alle miteinander vermischt. Um die Sache noch komplexer zu machen, ist Wasserdampf oft tausend Mal häufiger vorhanden als die Zielsubstanzen, was es für viele Sensoren schwierig macht, Spurengase zu erkennen.

Tempo bestimmt Art der Gase

Die neue Sensorplattform nutzt metallorganische Gerüste (MOF). Das sind Materialien mit einem Netzwerk aus Nanoporen, die alle genau die gleiche Größe haben. Bewegen sich Gasmoleküle bei leicht erhöhter Temperatur durch die Poren, tun sie dies je nach ihrer Struktur mit unterschiedlichen, spezifischen Geschwindigkeiten.

Diese Geschwindigkeit ist charakteristisch für jedes Molekül, wie der Fingerabdruck eines Menschen. Durch die Messung der Geschwindigkeit lassen sich verschiedene Gase voneinander unterscheiden, selbst unter schwierigen Bedingungen, unter denen herkömmliche Sensoren versagen. Details sind in "Nature Communications" nachzulesen.

Selektivität für hohe Präzision

"Wir schauen uns nicht nur an, wie viele Moleküle sich durch die Nanoporen bewegen, sondern auch die Unterschiede in der Geschwindigkeit. Das nennen wir kinetische Selektivität. Diese zusätzlichen Infos machen den Unterschied. Die Plattform lässt sich an den jeweiligen Bedarf anpassen", so Verstreken.

Durch die Veränderung des metallorganischen Gerüsts lässt sich der Sensor auf bestimmte Gase zuschneiden, ohne die zugrundeliegende Technologie zu verändern. "Das System bleibt kompakt, energieeffizient und leistungsstark. Selbst in feuchten Umgebungen oder bei komplexen Gasgemischen und geringen Konzentrationen übertrifft es kommerzielle elektronische Nasen", sagt Verstreken.

Durch die Auswahl des richtigen MOF oder der richtigen Kombination von MOFs lässt sich der Sensor genau auf das abstimmen, was erkannt werden soll. "Diese Flexibilität macht unsere Plattform für eine Vielzahl von Branchen geeignet, vom Gesundheitswesen bis zur Sicherheit", unterstreicht die Fachfrau abschließend.

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