Nanoröhrchen als hochempfindliche Sensoren für Gase und Flüssigkeiten

Für die Anwendung von Titan-Nanoröhrchen eröffnet sich durch aktuelle Forschungsergebnisse einer Chemikerin und eines Physikers des Translationszentrums für Regenerative Medizin (TRM) der Universität Leipzig eine völlig neue Perspektive: Am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM) Leipzig haben Kristina Fischer und Prof. Dr. Stefan Mayr die mechanischen Eigenschaften von Nanoröhrchen untersucht und dabei herausgefunden, dass sie als hochempfindliche Sensoren für Gase und Flüssigkeiten eingesetzt werden können. Ein Artikel, der die Ergebnisse von Kristina Fischer und Prof. Dr. Stefan Mayr zusammenfasst, ist jetzt in der Fachzeitschrift "Advanced Materials" erschienen.

In ihren Experimenten untersuchten die Wissenschaftler, die sowohl am TRM als auch am IOM tätig sind, die mechanischen Eigenschaften einer Matrix aus Titandioxid-Nanoröhrchen in Abhängigkeit der Herstellungsparameter. Bei der experimentellen Umsetzung wurde das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten einer Nanotube-Matrix auf einem Titan-Substrat untersucht. Zur großen Überraschung der Forscher veränderten sich Schwingungs- und Dämpfungsverhalten deutlich, wenn die Nanoröhrchen mit Gasen oder Flüssigkeiten in Kontakt kamen. Die Veränderung dieser mechanischen Eigenschaften wiederum war für verschiedene Gase und verschiedene Flüssigkeiten jeweils spezifisch.

"Aufgrund der leicht messbaren Veränderungen der mechanischen Eigenschaften und deren Elementspezifität sind die von uns untersuchten Nanoröhrchen als Sensoren für Gase und Flüssigkeiten sehr gut geeignet", fasst Prof. Dr. Stefan Mayr die Ergebnisse zusammen. "Die Nanoröhrchen reagieren zudem extrem sensitiv auf Moleküle fremder Stoffe, so dass bereits kleinste Mengen von Gasen oder Flüssigkeiten in der Umgebung feststellbar sind."

Für den Physikprofessor steht außer Frage, dass die von ihm und seiner Mitarbeiterin entdeckte Eigenschaft der Nanoröhrchen ihren Einsatz als Sensor, d.h. als "chemische Nase" für komplexe Gase und Flüssigkeiten, ermöglichen kann. Vorstellbar sei, Nanoröhrchen in Mikrochips zu integrieren und über das neu entwickelte Verfahren z.B. die Umgebungsluft im Bereich verkehrsreicher Straßen, in Tunneln, im Umfeld von Industriebetrieben oder im Produktionsablauf zu kontrollieren. Im Bereich der Medizin ist weiterhin der Einsatz in "Lab-on-a-chip"-Anwendungen möglich, z.B. zur Untersuchung von Blutproben oder zur Kultivierung von Zellen. "All diese Einsatzmöglichkeiten sind denkbar, aber zum jetzigen Zeitpunkt noch Zukunftsmusik. Für eine Realisierung ist noch viel Forschung und Entwicklungsarbeit notwendig", resümiert Prof. Dr. Stefan Mayr.

Nanoröhrchen aus Titandioxid sind seit einigen Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Bisher fokussierte sich die Forschung für ihre Einsätze in der Biomedizin vor allem auf ihre Biokompatibilität. Die Nanoröhrchen, die sich wie ein winziges Wabengitter auf Titanimplantate ätzen lassen, verleihen den üblicherweise glatten Metalloberflächen eine poröse Oberfläche und ermöglichen somit eine bessere Haftung von Zellen am Implantat.

Quelle: idw / Translational Centre for Regenerative Medicine (TRM) Leipzig