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Universität Löwen Elektronische Nase spürt Nervengas und Pestizide auf

Redakteur: Franz Graser

Mit Hilfe von sogenannten Metal-Organic Frameworks (MOF) haben Forscher der belgischen Universität Löwen eine Vorrichtung konstruiert, die gefährliche Substanzen wie Pestizide und Nervengas aufspüren kann – auch in geringer Konzentration.

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Die an der belgischen Universität Leuven entwickelte elektronische Nase ist auf das Detektieren von Pestiziden und Nervengas spezialisiert und soll ähnlich empfindlich wie das Riechorgan eines Hundes sein.
Die an der belgischen Universität Leuven entwickelte elektronische Nase ist auf das Detektieren von Pestiziden und Nervengas spezialisiert und soll ähnlich empfindlich wie das Riechorgan eines Hundes sein.
(Bild: KU Leuven)

Die am besten bekannte elektronische Nase ist der sogenannte Breathalyzer, mit dem der Alkoholgehalt in der menschlichen Atemluft gemessen wird. Die chemische Reaktion von Ethanol zu Essigsäure, die an der Anode des Gerätes abläuft, erzeugt ein elektronisches Signal, das die Polizeibeamten schließlich ablesen können.

Alkohol in der Atemluft ist vergleichsweise einfach zu entdecken, da die Konzentration der Substanz (zumindest bei alkoholisierten Verkehrssündern) relativ hoch und die chemische Reaktion ausgesprochen typisch ist. Wenn es sich um gefährliche Gase handelt, die zum Teil bereits in geringer Konzentration wirksam sind, dann sind die Voraussetzungen schwieriger. Eine elektronische Nase zu entwickeln, die solche Gase aufspüren soll, ist daher keine einfache Aufgabe.

Forscher der Katholischen Universität Löwen in Belgien haben nun eine sehr empfindliche elektronische Nase mit sogenannten Metal-Organic Frameworks (MOF) entwickelt. „Diese MOFs verhalten sich wie mikroskopisch kleine Schwämme“, erläutert der Wissenschaftler Ivo Stassen: „In ihren winzigen Poren können sie eine ganze Menge Gas aufnehmen.“

Diese MOFs absorbieren die Phosphonate, die in Nervengasen und Pestiziden vorkommen. Das bedeutet, dass sie sich zum Aufspüren von chemischen Waffen wie Sarin eignen, aber auch zum Nachweis von Pestizidrückständen in Lebensmitteln. „Unser MOF ist der bisher empfindlichste Gassensor für diese gefährlichen Substanzen“, so Ivo Stassen. „Wir reden von extrem niedrigen Konzentrationen – ein Teil auf eine Milliarde Teile bis zu einem Teil auf eine Billion Teile. Das entspricht einem Wassertropfen in einem Olympia-Schwimmbecken.“

Laut Professor Rob Ameloot kann der chemische Sensor sehr einfach in elektronische Geräte eingebaut werden: „Man kann den MOF zum Beispiel als dünnen Film über eine elektronische Schaltung legen. Dadurch ist es recht einfach, ein Smartphone mit einem Gassensor für Pestizide und Nervengas auszustatten.“

Professor Ameloot fährt fort: „Weitere Forschungen werden es uns erlauben, andere Anwendungen zu erproben. MOFs können wirklich sehr geringe Konzentrationen messen. Wir könnten sie also benutzen, um den Atem einer Person auf Erkrankungen wie Lungenkrebs oder Multiple Sklerose zu überprüfen. Oder wir könnten den typischen Geruch eines Lebensmittelprodukts benutzen, um herauszufinden, ob Speisen verdorben sind oder um gepanschten Wein vom Original zu unterscheiden. Diese Technik bietet viele Perspektiven.“

Die Forschungsarbeit erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Nanotechnik-Zentrum des belgischen Forschungsinstituts imec (Interuniversity Microelectronics Centre) in Löwen. Die Arbeit wurde im Fachmagazin Chemical Science veröffentlicht.

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