Gold und Graphen erlauben präzise Dopingtests
Kohlenstoff-Material dient Kalibrierung hochempfindlicher Sensoren
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Blutprobe: bald neuartige Schnelltests (Foto: Andrea Damm, pixelio.de) |
Manchester (pte003/15.01.2013/06:10) Ein britisch-französisches Forscherteam hat Geräte aus nanostrukturiertem Gold entwickelt, die selbst auf einzelne Moleküle reagieren. "Daher ermöglichen sie eine einfache, schnelle und günstige optische Erkennung verschiedener Dinge: Medikamente, Toxine, Vitamine, Viren und so weiter", sagt Teamleiter Sasha Grigorenko, Physiker an der University of Manchester http://www.manchester.ac.uk , gegenüber pressetext. Um die Sensoren wirklich präzise zu kalibrieren, hat sich das als Elektronik-Hoffnungsträger bekannte Kohlenstoff-Material Graphen als ideal erwiesen. Das könnte unter anderem hochpräzise Dopingtests ermöglichen.
Hochempfindliche Detektoren
Die Genauigkeit, die der Ansatz erreichen soll, ist enorm. "Die Idee hinter dem Gerät ist, einzelne Moleküle zu sehen und wirklich mit einem einfachen optischen System wie einem Mikroskop zu sehen", sagt der Physiker. Das Anwendungspotenzial dafür ist breit gefächert und reicht von der Medizin bis zum Nachweis von Sprengstoffspuren in der Flugsicherheit. Bluttests beispielsweise zum Nachweis von Giften oder zur Dopingkontrolle könnten innerhalb von Minuten sehr genaue Ergebnisse liefern, so die Forscher. Ihnen zufolge sind die neuartigen Sensoren dabei tausend Mal empfindlicher als bisherige.
Das Team, dem auch Forscher der Universität Aix-Maseille http://www.univ-amu.fr angehören, hat die Sensoren mit Graphen beschichtet, um sie zu testen und zu kalibrieren. Denn das Kohelnstoff-Material hat eine sehr genau bekannte, zweidimensionale Oberflächenstruktur. Das macht es Grigorenko zufolge leicht zu erkennen, wo sich Graphen und auch daran angelagerte Wasserstoff-Atome befinden. So konnte sein Team zeigen, dass die neuartigen Sensoren auf ein Flächengewicht im Bereich von Femtogramm (ein Billiardstel Gramm) pro Quadratmillimeter reagieren. Zum Vergleich: Ein Escherichia-coli-Bakterium wiegt etwa ein Femtogramm.
Elektronenschwingungen
Hinter der Entwicklung, die das Team aktuell in Nature Materials vorstellt, steckt komplexe Physik. Denn die Sensoren machen sich Plasmonik, die Lehre von Schwingungen der Elektronen in Materialien, zunutze und sind selbst aufgrund eines speziellen Aufbaus "topologisch dunkel". "Das ist das Fehlen von Reflektion bei einem Material", erklärt Grigorenko. Doch sie reagieren selbst auf winzige Moleküle und können diese sichtbar machen.
Die aktuellen Geräte bestehen aus nanostrukturiertem Gold, da dieses auch für biologisches Gewebe verträglich und somit für Biosensoren definitiv interessant ist. Wahrscheinlich wäre es aber auch möglich, Sensoren direkt aus Graphen aufzubauen, so der Physiker. Jedenfalls geht er davon aus, dass es noch einige Jahre weiterer Entwicklungsarbeit bedürfen wird, ehe wirklich marktreife Lösungen entstehen.
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