Metamaterial

Terahertzsensoren aus Seide und Gold

Künftig könnten Sensoren im Körper frühzeitig Krankheiten erkennen oder den Blutzuckerwert messen. Die Sensoren bestehen aus Seide und einem Metamaterial aus Gold. Sie empfangen Terahertzwellen, die Hinweise auf Vorgänge im Körper geben.

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Metamaterial: Terahertzsensoren aus Seide und Gold

US-Wissenschaftler haben einen Sensor entwickelt, der im menschlichen Körper bestimmte Proteine oder Stoffe aufspüren soll, die auf eine Krankheit hinweisen, und den Arzt alarmieren. Entwickelt wurde der Chip von Forschern der Tufts Universität in Medford im Bundesstaat Massachusetts um den Biotechnologen Fiorenzo Omenetto. Das Team hat seine Entwicklung im deutschen Fachmagazin Advanced Materials beschrieben.

Robust und biokompatibel

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Der Sensor besteht aus Seide und Gold. Seide hat den Vorteil, dass der Stoff sehr robust und gleichzeitig sehr flexibel ist, sich also an eine beliebig geformte Oberfläche anschmiegt. Hinzu kommt, dass Seide biokompatibel ist, also vom Körper nicht abgestoßen wird. Im Gegensatz zu einem Implantat auf Polymerbasis kann eines auf Seidenbasis beliebig lange im Körper bleiben.

  • Die Sensoren können zusammengerollt werden. (Foto: Hu Tao, Tufts University)
  • Ein Sensor auf einem Strang von Seidenfäden (Foto: Hu Tao, Tufts University)
Die Sensoren können zusammengerollt werden. (Foto: Hu Tao, Tufts University)

Zweite Komponenten der Sensoren sind Metamaterialien aus Metall. Metamaterialien sind Stoffe, deren Strukturen in einer Art und Weise auf elektromagnetische Wellen reagieren, die in der Natur nicht vorkommen. Aus solchen Stoffen sollen sich effizientere Solarzellen oder Tarnkappen herstellen lassen, die Gegenstände unsichtbar machen.

Terahertzwellen und Unsichtbarkeit

Die Metamaterialien in den Sensoren sind Metalle wie Gold, Silber oder Kupfer, die zu Nanomaterialien verarbeitet ganz andere Eigenschaften aufweisen als im normalen Maßstab. So empfangen sie beispielsweise elektromagnetische Wellen im Terahertzspektrum. Viele Proteine, Enzyme und andere Stoffe im Körper werden durch die Wellen zum Schwingen gebracht. Jeder dieser Stoffe habe eine Art eigene Terahertzsignatur, sagt Richard Averitt, Physiker an der Universität in Boston und ein Mitarbeiter von Omenetto, dem US-Wissenschaftsmagazin Technology Review.

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Die Idee ist, dass die Seide-Metall-Sensoren die Schwingungen aufnehmen und drahtlos an einen Computer senden. So könnten Krankheiten festgestellt oder Werte wie der Glucosespiegel gemessen werden.

Zunächst wird aus der Seide ein dünner Film als Trägermaterial hergestellt. Dann werden die Metamaterialstrukturen aus Gold mit Hilfe spezieller Schablonen aufgesprüht. Auf einen Quadratzentimeter Trägermaterial passen rund 10.000 der Metallgebilde. Wegen des flexiblen Seidenfilms können die Sensoren zu kleinen, kapselartigen Zylindern aufgerollt werden.

Elektroden aus Seide

Die Tufts-Wissenschaftler um Omenetto haben im vergangenen Jahr erstmals Elektroden vorgestellt, die auf einem Träger aus Seide aufgebracht werden. Im Frühjahr haben sie auf dieser Technik basierende Hirnimplantate konstruiert und diese erfolgreich an einer Katze getestet.

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