Quantenkaskadenlaser gegen Schimmelpilz
Halbleiterlaser sollen im Schnelltest Schimmelpilzgifte kostengünstig und direkt vor Ort aufspüren.
Pilzgifte in Lebensmitteln können die Gesundheit von Menschen und Tieren ernsthaft schädigen und sogar Krebs auslösen. Bisher war der Nachweis dieser Stoffwechselprodukte aus Schimmelpilzen (Mykotoxine) aufwändig und zeitintensiv. Jetzt arbeiten Wissenschaftler und Praktiker aus der Nahrungsmittelbranche an einem Schnelltest: Mittels Infrarot-Laserspektroskopie wollen sie Pilzgifte in Lebensmitteln aufspüren – und das möglichst vor Ort auf dem Feld oder im Supermarkt. Die Europäische Kommission fördert die Forschung zur besseren Diagnose von Pilzbefall für zunächst zwei Jahre.
Abb.: Tuba Öner und Markus Sieger (v.l.), die hauptverantwortlichen Doktoranden im Projekt MYCOSPEC am Ulmer IABC, vor dem Laboraufbau eines Infrarot-Analysators zur Mykotoxinanalyse. (Bild: U.Ulm)
Zu der kürzlich vorgestellten Projektgruppe MYCOSPEC gehören Professor Boris Mizaikoff, Leiter des Instituts für Analytische und Bioanalytische Chemie (IABC) an der Universität Ulm, sowie Wissenschaftler der Universität für Bodenkultur Wien und das forschende Unternehmen IRIS (Castelldefels, Spanien). Dazu kommen mehrere kleinere und mittlere Firmen der Nahrungsmittelbranche und aus dem Bereich Lasertechnologie.
Um zu kontrollieren, ob Getreide, Milchprodukte oder Fleisch die gesetzlich festgelegten Mykotoxin-Grenzwerte überschreiten, sind üblicherweise komplexe Untersuchungen im Labor nötig. Das ist nicht nur teuer, sondern auch zeitintensiv. Auf der anderen Seite verursachen mit Pilzgiften kontaminierte Lebensmittel große finanzielle Schäden in der Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie. Ein Schnelltest der Gruppe MYCOSPEC mit neuartigen Halbleiterlasern („Quantenkaskadenlaser“) könnte in Zukunft wesentlich zur Lebensmittelsicherheit beitragen.
„Quantenkaskadenlaser sind sehr kompakt aufgebaut, ihre Emissionswellenlängen liegen im mittleren Infrarotbereich. Sie sind über einen breiten Spektralbereich abstimmbar, so dass die komplexe Signatur der Mykotoxine im Infraroten erfasst werden kann“, erklärt Boris Mizaikoff. Bei diesem Messverfahren sei die Probenvorbereitung wenig aufwändig, weshalb die Kontrolle der Mykotoxin-Grenzwerte schnell und vor Ort möglich werde.
Allerdings biete nur die hohe Selektivität der Infrarotspektroskopie im so genannten Fingerprint-Bereich die Chance, Pilzgifte trotz der Vielzahl von Molekülen auf unterschiedlichen Getreidesorten sicher und mit vertretbarem Aufwand aufzuspüren.
Abb.: Dünnschicht-Lichtwellenleiter: Das Papierdreieck zeigt an, wo sich die Probe zur Messung befindet. (Bild: U. Ulm)
Die Ulmer Forscher vom IABC steuern vor allem ihre langjährige Erfahrung in der Quantenkaskadenlaserspektroskopie zum Projekt MYCOSPEC bei. Außerdem sind Mizaikoff und seine Mitarbeiter Experten für eine Dünnschicht-Lichtwellenleitertechnologie, die auf kostengünstigen Halbleitermaterialen beruht und die Quantenkaskadenlaser als Sensorinterface, also Kontaktstelle zur Probe, ideal ergänzt.
Zum Projektstart wollen die Wissenschaftler zunächst umfangreiche Untersuchungen an Getreide und Trockenfrüchten durchführen. Bis 2015 planen sie einen praxisnahen Prototyp vorzustellen, der Pilzgifte in Lebensmitteln mittels Quantenkaskadenlaser und Dünnschicht-Lichtwellenleiter schnell und zuverlässig aufspürt.
U. Ulm / CT
