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"Bioelektronische Nase" spürt Krankheiten auf

Im Rahmen eines neuen EU-geförderten Projekts soll eine künstliche, "bioelektronische" Nase entwickelt werden, die Ärzte bei der Diagnostizierung einer Reihe von Erkrankungen unterstützen könnte. Hochmoderne künstliche Nasen funktionieren heutzutage mittels elektrisch leitfä...

Im Rahmen eines neuen EU-geförderten Projekts soll eine künstliche, "bioelektronische" Nase entwickelt werden, die Ärzte bei der Diagnostizierung einer Reihe von Erkrankungen unterstützen könnte. Hochmoderne künstliche Nasen funktionieren heutzutage mittels elektrisch leitfähiger Polymere. Dabei handelt es sich um kunststoffähnliche Materialien, die jedoch im Gegensatz zu Plastik Strom leiten. Diese Materialien können dahingehend modifiziert werden, dass unterschiedliche Duftstoffmoleküle an sie andocken und so eine Reaktion hervorrufen können. Eine künstliche Nase ist typischerweise mit einem Array von Polymersensoren ausgestattet, die jeweils auf eine bestimmte Substanz reagieren. Gerüche rufen aber bei den Sensoren unterschiedliche Reaktionen hervor, und das Reaktionsmuster, das sich daraus ergibt, muss analysiert werden. Ferner ist die Empfindlichkeit der künstlichen Nasen noch relativ gering. Das Projekt Receptronics geht die Sache auf innovative Weise an. "Wir beabsichtigen, die biologischen Vorgänge nachzuahmen", erklärt Professor Hywel Morgan von der Universität Southampton im Interview mit CORDIS-Nachrichten. In einer menschlichen Nase befinden sich Riechzellen, in deren Membran Proteinmoleküle eingebettet sind. Heftet sich ein Duftstoffmolekül an diese Proteinmoleküle an, so öffnen sich in der Membran Ionenkanäle, durch die positiv geladene Ionen aus dem Nasenschleim in die Riechzelle strömen, wodurch ein elektrisches Signal ausgelöst wird. Dieses Signal wird zum Gehirn weitergeleitet. Im Rahmen des Receptronics-Projekts werden die Forscher anhand von Molekulartechniken Rezeptoren entwickeln, die auf verschiedene Substanzen reagieren. Dabei orientieren sie sich an der Funktionsweise der Nasen von Tieren. Diese Rezeptoren werden in Membranen in einem Array angeordnet. Jeder Rezeptor ist mit einer elektronischen Schnittstelle verbunden, die die elektrischen Signale erkennt, die ausgesandt werden, sobald ein entsprechendes Zielmolekül an den Rezeptor andockt. Das System wird auf einem Chip von der Größe einer Kreditkarte angebracht. Laut Professor Morgan wird diese neue künstliche Nase hundert- bis tausendmal empfindlicher sein als bisherige elektronische Nasen. Hauptziel dieses Projekts, das eine Laufzeit von drei Jahren hat, wird die Entwicklung eines Systems sein, das in der Medizin zum Nachweis von Hormonen eingesetzt werden kann und so Ärzte bei der Diagnostizierung einer Reihe von Erkrankungen unterstützen kann. Eine hochempfindliche bioelektronische Nase könnte jedoch auch in zahlreichen anderen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise zum Aufspüren von Sprengstoffen und zur Bestimmung des Frischegrads von Lebensmitteln. "Ein Großteil der Geruchsanalyse wird nach wie vor von Menschen geleistet. Wenn es uns gelänge, Technologie zu entwickeln, die diese Aufgabe wahrnehmen könnte, so ließe sich die Geruchsanalyse auf vielfältige Art und Weise nutzen", so Morgan. Am Receptronics-Projekt (vollständiger Name: Label Free Biomolecular Detectors: at the Convergence of Bioengineered Receptors and Microelectronics) sind Forscher aus Griechenland, Frankreich, Italien und Großbritannien beteiligt. Es wird im Rahmen des Sechsten Rahmenprogramms der EU mit 1,99 Mio. EUR gefördert.

Länder

Griechenland, Frankreich, Italien

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27 Januar 2020