Crystal Meth oder Methamphetamin ist schon sehr alt. Flüssiges Methamphetamin wurde erstmals 1893 von dem japanischen Chemiker Nagayoshi Nagi erzeugt. Hierzulande forschte man in den 1930er-Jahren an einem Verfahren zur Herstellung der psychotropen Substanz, was dem Chemiker Fritz Hauschild schließlich auch gelang. Die Pille hieß „Pervitin“. Doch die negativen Folgen des Konsums der Droge sind immens. So kann es zu Zahnschäden, Hirnblutungen und Schlaganfällen kommen. Crystal Meth gilt als eine der gefährlichsten Drogen weltweit. Menschen, die die Substanz konsumieren, stellen aber auch eine erhebliche Gefahr für ihre Mitmenschen dar, etwa im Straßenverkehr. Für Einsatzkräfte wie Polizei und Zoll ist daher bei Kontrollen ein schneller und präziser Nachweis wichtig – genau das soll der neue Biosensor leisten, der am Institut für Physik unter Leitung von Prof. Georg Düsberg entwickelt wurde.
Einfache Anwendung
Neben Metamphetamin könne der Sensor auch auf die Erkennung von Cortisol modifiziert werden. Das lebenswichtige körpereigene Hormon ist an vielen Stoffwechselvorgängen beteiligt und wird bei Stress vermehrt freigesetzt. Zu hohe Cortisol-Werte können das Risiko für Erkrankungen wie Bluthochdruck, Diabetes Typ 2 oder Osteoporose steigern. Bei Cortisol-Mangel kann es dagegen zu Erschöpfung, niedrigem Blutdruck, Übelkeit u. v. m. kommen. Umso wichtiger ist auch hier eine schnelle und vor allem konzentrationsgenaue Messung. Laura von Lüders, die für ihre Promotion an dem Biosensor geforscht hat, erklärt: „Der Sensor soll sehr einfach in der Anwendung sein, damit ihn theoretisch jeder ohne viel Equipment auch außerhalb eines Krankenhauses benutzen kann, ähnlich wie bei Corona-Schnelltests.“
Aussagen über die Konzentration der Substanz
Anders als bei herkömmlichen Drogentests oder bei Tests zum Nachweis von Infektionen, wie etwa dem Corona-Schnelltest, findet bei dem entwickelten Biosensor eine elektrische statt optischer Auslesung statt. Dabei wird der Widerstand der Probe gemessen und man erhält genauere Ergebnisse, die Aussagen über die Konzentration der Substanz geben können: „Das Tolle an dem Verfahren ist, dass wir nicht nur sagen können: Die Substanz liegt vor oder nicht, sondern auch in welchem Umfang“, betont von Lüders.
Graphen-basierter Chip
Der entwickelte Biosensor basiert auf Graphen, einem zweidimensionalen Material, das ausschließlich aus Kohlenstoff besteht und durch seine Kombination von Eigenschaften ein optimales Material für die Sensorik ist. Auf den Graphen-basierten Chip kommen Moleküle, die das Graphen mit Antikörpern verbinden (Linker-Molekül). Dann wird eine Widerstandsmessung gemacht und anschließend die entnommene Probe hinzugefügt. Ist die Substanz in der Probe vorhanden, ändert sich der Widerstand und es kann gemessen werden, wie stark sich das Signal verändert hat.
Weitere Biomarker als Ziel
Eine Weiterentwicklung des Biosensors ist im Rahmen des dtec.bw geförderten Projekts VITAL-Sense am Forschungszentrum SENS (Integrated Sensor Systems) geplant. VITAL-Sense beschäftigt sich mit Sensoren, die Vitalfunktionen erfassen. Das Prinzip des Sensors sei vielseitig anwendbar und könne auf verschiedene weitere Moleküle getrimmt werden, so sollen noch weitere Biomarker detektiert werden. „Ein weiterer Schritt ist die Entwicklung eines Demonstrators, momentan nutzen wir noch einzelne Chips zur Messung in wässriger Lösung im Labor“, so von Lüders.
Quelle: idw/Universität der Bundeswehr München
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