Künstliche Nasen riechen schneller

Moleküldetektoren halten Einzug in die Sensortechnologie

Tübingen (pte) (pte008/17.12.1997/14:22)

Sensoren registrieren in Echtzeit auch geringste Konzentrationen von bestimmten Stoffen. Nach rein elektronisch arbeitenden Meßfühlern finden jetzt auch biologische Materialien Eingang in die Sensorentwicklung. Genauigkeit und Geschwindigkeit lauten die Vorteile der künstlichen Riechorgane. In Windeseile melden sie gefährliche Formaldehydkonzentrationen in der Raumluft oder Verunreinigungen in der Lebensmittelproduktion. Damit ersetzten sie aufwendige und langwierige Laboranalysen.

Elektronische Nasen vereinfachen die Gasanalyse in der chemischen Industrie. Heiko Ulmer von der Universität Tübingen schildert den typischen Aufbau eines solchen Mikrosensors: "Wir setzen ein dünnes Quarzplättchen einer Wechselspannung aus". Eine spezielle Polymerbeschichtung der Platte, an die nur ausgesuchte Stoffe binden, bildet den Kern des Detektors. Heften sich Moleküle an das Sensorplättchen an, so ändert sich das Gewicht und damit auch die Schwingungsfrequenz im elektrischen Feld. Damit, so Ulmer, lassen sich auch geringste Mengen eines Stoffes sehr genau bestimmen.

Eine neue Entwicklung der Tübinger Wissenschaftler erlaubt die Analyse sogenannter "chiraler" Stoffe. Diese Moleküle bestehen aus denselben Bestandteilen, treten aber in zwei "Bauformen" auf. Wie die Hände einer Person verhalten sie sich zueinander wie zweiachsensymmetrische Spiegelbilder. "Mit speziellen Polymerbeschichtungen können wir nun bevorzugt eine der gleichzeitig auftretenden Formen registrieren", so Ulmer. Die Methode ermögliche beispielsweise die Analyse des "chiralen" Moleküls Thalidomids. Diese Substanz bildet den Wirkstoff des Schlafmittels "Contergan". Eine Form wirkt als Beruhigungsmittel, während die andere schwere Mißbildungen an ungeborenen Kindern auslöste.

Biosensoren verwenden organische Materialien wie etwa Antikörper oder Enzyme als Bindungsstoff. Ein Problem liegt bislang in der dauerhaften Bindung der biologischen Substanzen auf der Sensorplatte. Wissenschaftlern der Universität Hannover gelang jetzt die Entwicklung eines stabilen Sensors für Zuckermoleküle. Das "Bioaffinity Layering" getaufte Verfahren verwendet ein pflanzliches Eiweiß zur Befestigung der Sensormoleküle.
[Quellen: Uta Bilow, Heiko Ulmer] (Ende)