Nanoröhrchen könnten zukünftig auch als Gas- und Flüssigkeits-Sensoren eingesetzt werden. Denn Forscher haben entdeckt, dass sich die mechanischen Eigenschaften der winzigen Kohlenstoffröhren ändern, wenn bestimmte Substanzen ihrer Umgebung vorhanden sind. Die Röhrchen reagieren zudem spezifisch auf unterschiedliche Gase oder Flüssigkeiten. Diese neue Eigenschaft könnte daher ganz neues Spektrum von Anwendungen als „kpnstliche Nase“ eröffnen, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“.
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In ihren Experimenten untersuchten Wissenschaftler des Translationszentrums für Regenerative Medizin (TRM) und des Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung (IOM) in Leipzig die mechanischen Eigenschaften von Nanoröhrchen auf einem Titansubstrat. Im Mittelpunkt stand dabei das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten der Nanotube-Matrix. 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.
Reaktion schon auf kleine Mengen
„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 der Leipziger Forschder 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 Physiker steht außer Frage, dass die neu entdeckte Eigenschaft der Nanoröhrchen ihren Einsatz als „chemische Nase“ für komplexe Gase und Flüssigkeiten ermöglichen kann.
Einsatz als Umweltsensor oder in „Lab-on-a-chip“
Vorstellbar sei, Nanoröhrchen in Mikrochips zu integrieren und über das neu entwickelte Verfahren beispielsweise die Umgebungsluft im Bereich verkehrsreicher Straßen, in Tunneln, im Umfeld von Industriebetrieben oder im Produktionsablauf zu kontrollieren. Im Bereich der Medizin sei der Einsatz in „Lab-on-a-chip“-Anwendungen möglich, beispielsweise 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 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.
(Translational Centre for Regenerative Medicine (TRM), 17.08.2011 – NPO)
