Ein Näschen für Sprengstoffe

Israelische Forscher haben einen Anti-Terror-Detektor aus Nanodrähten entwickelt, der tausendmal empfindlicher reagiert als ein Spürhund .

Wissenschaftler an der Universität von Tel Aviv haben ein Gerät entwickelt, das extrem kleine Spuren bekannter Sprengstoffe in Flüssigkeiten oder der Luft detektieren kann – und zwar innerhalb weniger Sekunden. Der auf Nanodrähten basierende Anti-Terror-Detektor soll insgesamt rund tausendmal empfindlicher sein als der aktuelle Goldstandard zur Verhinderung von Anschlägen: gut trainierte Spürhunde.

Der Detektor soll sich kostengünstig produzieren lassen und ist so klein, dass er auch in Handheld-Geräte passt. Die könnten dann eingesetzt werden, um eingegrabene Landminen oder Explosivstoffe an Sicherheits-Checkpoints zu entdecken, bevor sie zur Gefahr werden. Chemieprofessor Fernando Patolsky, der die Studie leitete, arbeitet bereits an einem für Endanwender bestimmten Version. Der erste Prototyp ist so groß wie ein Backstein, soll aber schnell verkleinert werden. "Wir könnten solche Detektoren überall auf einem Flughafen verteilen oder in jeder Ecke eines Shoppingzentrums."

Gute Spürhunde können kleinste Spuren von Explosivstoffen mit ihrer Nase aufnehmen – mit einer Genauigkeit von wenigen ppb (parts per billion, Teile pro Milliarde). Training und Haltung eines solchen vierbeinigen Spezialisten können aber viele Tausend Euro kosten. Tragbare Detektoren wären also eine billigere und vor allem mobilere Alternative zu Spürhund samt Führer.

Das Nanodraht-Array, auf dem der Detektor von Patolsky und seinem Team basiert, ist nicht das erste System seiner Art, das die Genauigkeit eines Vierbeiners erreicht. Ein System des Anbieters ICx Technologies aus dem US-Bundesstaat Virginia kann Dämpfe, die von Explosionsstoffen abgegeben werden, ähnlich empfindlich detektieren. Statt auf Nanodrähte setzt ICx allerdings auf ein Polymermaterial, das in Reaktion auf bestimmte Chemikalien innerhalb weniger Sekunden Licht abgibt. Das Gerät wird bereits im Irak und in Afghanistan eingesetzt und die US-Verkehrssicherheitsbehörde beginnt gerade erste Versuche an Flughäfen. Dort werden bislang Geräte von der Größe einer Mikrowelle zur Sprengstofferkennung eingesetzt. Dabei dauert es mehrere Minuten, bis eine Probe analysiert ist, die zuvor per Wattestäbchen von Haut oder Gepäck eines Passagiers genommen wurde.

Der Vorteil des Detektors aus Tel Aviv gegenüber der Konkurrenz von ICx: Er ist noch deutlich empfindlicher. Die Forscher konnten TNT und die Plastiksprengstoffe RDX und PETN innerhalb weniger Sekunden in Konzentrationen erkennen, die bei weniger als einem ppt (parts per trillion, Teile pro Billion) lagen.

Das Array aus Silizium-Nanodrähten sitzt in einem Spezialchip und ist mit einer organischen Amin-Verbindung überzogen. Kommen Explosivstoffe damit in Berührung, verändert sich die Leitfähigkeit der Drähte, was wiederum über Elektroden gemessen werden kann. "Der Trick ist, die Nanodrähte an den richtigen Stellen wachsen zu lassen – in einer definierten Richtung", erklärt Patolsky. Zwei Labortests liefen erfolgreich. Beim ersten wurde der Detektor mit einer Lösung, die Explosivstoffe enthielt, in Verbindung gebracht. Ein zweiter Versuch beinhaltete TNT-Dämpfe, die mit Atemluft vermischt wurden. Patolskys Team arbeitet derzeit an einem Paket aus Mikrofluidik-Pumpen und passender Elektronik, um einen tragbaren Detektor mit geringem Strombedarf herzustellen.

ICx-Forscherin Aimee Rose sieht Nanodraht-Arrays ebenfalls als interessante Technik zum Detektieren kleinster Sprengstoffmengen an. "So kann man zahlreiche Detektoren auf engstem Raum unterbringen." Noch müsse die Idee sich aber in praktischen Szenarien beweisen – insbesondere mit Proben aus der Luft.

Timothy Swager, Chemieprofessor am MIT, sieht das ähnlich. So hätten die aktuellen Arrays bislang nur innerhalb von Lösungen überzeugt. Ausdünstungen von Explosivstoffen, die sich von der Haut oder dem Gepäckstück eines Täters lösten, seien deutlich schwerer zu detektieren. Das funktioniere noch am besten, wenn die Luftproben direkt auf die Nanodrähte geblasen werden.

Charles Lieber, Professor für Chemie an der Harvard University, hat den ICx-Prozess erfunden. Er glaubt auch, dass Nanodraht-Detektoren die Genauigkeit deutlich verbessern. Nun fehle es aber noch an mehr Praxistauglichkeit. Ist die erreicht, glaubt Lieber an eine schnelle Kommerzialisierung. "Es gibt für diese Methodologie aus meiner Perspektive keine Grenzen. Sie hat das Potenzial, die Sprengstofferkennung zu revolutionieren."

Patolsky und seine Kollegen stellen mittlerweile deutlich größere Nanodraht-Arrays her. Diese sind mit neuen Molekülen beschichtet, um weitere Explosivstoffe erkennen zu können. (bsc)