Nano-Sensor erkennt kleinste Mengen Plastiksprengstoff

26.07.2011

Nano-Sensor erkennt kleinste Mengen Plastiksprengstoff

Der Nachweis der hochexplosiven Chemikalie Pentaerythrityltetranitrat (PETN) ist bislang technisch sehr aufwendig. Flughafenscanner und Sprengstoffhunde erkennen den Plastiksprengstoff kaum, da PETN minimal flüchtig ist und nur wenige Moleküle an die Umgebungsluft abgibt. Ein Nano-Sensor, den Materialwissenschaftler der TU Darmstadt entwickelt haben, könnte in Zukunft eine schnelle und zuverlässige Sprengstoffkontrolle ermöglichen.

Im Sensor durchwandert die Raumluft eine Mäanderstruktur mit Nanoröhren. Kommen die Nanoröhren mit einem PETN-Molekül in Berührung, ändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Röhren. Bild: Mario Böhme
Im Sensor durchwandert die Raumluft eine Mäanderstruktur mit Nanoröhren. Kommen die Nanoröhren mit einem PETN-Molekül in Berührung, ändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Röhren. Bild: Mario Böhme / TU Darmstadt

Bisher konnte PETN nur sehr aufwendig durch einen Wischtest und ein Ionenmobilitätsspektrometer nachgewiesen werden. Zugleich ist PETN hochexplosiv – bereits wenige Gramm reichen aus, um etwa einen Mittelklassewagen vollständig zu zerstören. Aufgrund dieser Eigenschaften wurde der Sprengstoff in jüngster Zeit häufig von Terroristen eingesetzt. PETN befand sich in den Paketbomben, mit denen Ende vergangenen Jahres Frachtflugzeuge zum Absturz gebracht werden sollten und wurde im Dezember 2009 auch vom sogenannten „Unterhosenbomber“ genutzt.

Materialwissenschaftlern der TU Darmstadt ist es in Zusammenarbeit mit der Hochschule RheinMain nun gelungen, einen Nano-Sensor zu entwickeln, der bereits ein einzelnes Sprengstoffmolekül unter 10 Milliarden Luftmolekülen erkennt. „Nähert sich ein PETN-Molekül den Nanoröhren, bleiben die für Explosivstoffe charakteristischen Nitrogruppen des Moleküls an der Oberfläche der Röhren haften. Hierdurch kommt es zu einer Änderung der Leitfähigkeit, die mit elektronischen Messgeräten erfasst werden kann“, erklärt Dipl.-Ing. Mario Böhme vom Fachbereich Material- und Geowissenschaft der TU Darmstadt das Funktionsprinzip des neuartigen Sprengstoffdetektors.

Sprengstoffkontrollen ohne zusätzlichen Zeitaufwand

Um PETN mit dem neuen Sensor zu erkennen, muss lediglich die Raumluft über den Sensor geleitet werden. „Vorstellbar wäre, die herkömmlichen Metalldetektoren und Röntgengeräte an den Flughafenkontrollen mit dem Sensor und einer Vorrichtung zum Ansaugen von Luft nachzurüsten“, so Böhme. Dadurch könnten alle Passagiere sowie ihr Gepäck diskret und ohne zusätzlichen Zeitaufwand kontrolliert werden. „Ebenso denkbar wäre ein tragbares Handgerät, das ähnlich wie ein Tischstaubsauger funktioniert und mit dem einzelne Personen kontrolliert werden können.“ Da die Sensoren sehr klein und außerdem kostengünstig herzustellen sind, kann Böhme sich auch vorstellen, dass der Sensor etwa bei großen Sportveranstaltungen oder in anderen sicherheitsrelevanten Bereichen zum Einsatz kommt.

Böhme hat den Sensor im Rahmen seiner Dissertation entwickelt. Nachdem die Nanoröhren mittlerweile weltweit zum Patent angemeldet sind, suchen er und seine Forscherkollegen nun nach Kooperationspartnern aus der Industrie.

sas / csi

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