Empfindliche Spürnase

Terroranschläge mit schwer nachweisbaren Sprengstoffen sind zu einer realen Bedrohung geworden. So befand sich z. B. in den Paketbomben, mit denen Ende 2010 Frachtflugzeuge zum Absturz gebracht werden sollten, die Chemikalie PETN (Pentaerythrityltetranitrat). Wird dieser Sprengstoff für militärische Zwecke hergestellt, ist er weltweit mit Markierungsstoffen und Metallpartikeln versetzt, um ihn mit Metalldetektoren oder Spürhunden eindeutig identifizieren zu können. Leider lässt sich PETN relativ einfach unkontrolliert und unmarkiert herstellen. Da der Sprengstoff kaum flüchtig ist, bleiben zu seinem Nachweis dann nur Wischtests mitsamt spektroskopischer Analyse – eine zeitaufwändige Methode, die sich nur für Stichproben eignet.

Materialwissenschaftler der TU Darmstadt haben zusammen mit dem IMtech der Hochschule Rhein-Main einen Weg gefunden, PETN schnell und mit hoher Empfindlichkeit nachzuweisen. Ihr Sensor nutzt die große aktive Oberfläche von Nanoröhren aus und besteht aus vier kleeblattförmig angeordneten Metallkontakten. Jeweils zwei der Kontakte greifen wie die Zinken eines Kamms inein­ander. Darauf scheiden die Forscher nasschemisch Nanoröhren aus Titandioxid ab. Lagert sich ein PETN-Molekül an die Nanoröhren an, ändert sich deren Leitfähigkeit, was die Forscher über eine Kelvin-Schaltung als Stromänderung messen, wenn sie eine Spannung anlegen.

Das Titandioxid hat Sauerstoff-Fehlstellen, an die sich die Nitrogruppe des PETN leicht anlagert. Im Prinzip würde das auch bei einem Nanodraht oder bei Metalloxidpartikeln passieren, aber die Oberfläche eines Nanodrahtes ist viel kleiner, und bei Metallpartikeln käme es wegen der Korngrenzen zu hohen elektrischen Verlusten. Bereits der nicht optimierte Sensor kann PETN bis zu einer minimalen Konzentration von 112 ppt nachweisen. Er liegt als Labormuster vor; ein Patent ist beantragt. Nun suchen die Forscher einen industriellen Kooperationspartner.

Michael Vogel