Das Gerät, das unseren Schutz vor chemischen Bedrohungen optimiert
Traditionelle Detektoren für chemische Gefahren, die auf Ionenmobilität oder Massenspektrometrie beruhen, sind oft sperrig und teuer. Der Nachweis auf der Grundlage von Immunoassays bietet zwar eine höhere Spezifität, kann aber nicht das gesamte Spektrum der sich entwickelnden Bedrohungen abdecken.
KI-gestütztes Handgerät mit oberflächenverstärkter Raman-Streuung
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SERSing(öffnet in neuem Fenster) wurde ein mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattetes Raman-Handgerät mit oberflächenverstärkter Raman-Streuung entwickelt, das schnell flüssige chemische Gefahren in geringen Konzentrationen erkennen und identifizieren kann. Ein dementsprechendes Gerät für Gase befindet sich gegenwärtig in der Entwicklung. Raman-Spektroskopie(öffnet in neuem Fenster) ist ein chemisches Analyseverfahren, das zum Nachweis unbekannter, verdächtiger fester oder flüssiger Verbindungen eingesetzt wird. Bei dem Spektroskopiesystem mit oberflächenverstärkten Raman-Streuung (surface enhanced Raman scattering; SERS) werden mit Geo-Tags versehene Daten über die Bedrohung an eine Onlineplattform übermittelt, um rasche Reaktionsentscheidungen zu treffen. „Unser Gerät kann von Ersthilfekräften verwendet, an festen Standorten installiert und an Robotern oder Drohnen angebracht werden“, erklärt Projektkoordinator Tomas Rindzevicius von Silmeco(öffnet in neuem Fenster) in Dänemark. „Als wir anfingen, war KI-gesteuerte SERS-Datenanalyse relativ neu; sie hat sich als eine hervorragende Ergänzung zu unserem Detektionswerkzeugkasten erwiesen.“
Vorteile der empfindlicheren Raman-Spektroskopie
Die im Rahmen von SERSing entwickelten SERS-Substrate werden bereits vom Projektpartner Serstech in seinem SERS-Bausatz verwendet, mit dem sich verschiedene chemische Bedrohungen in flüssigen Proben nachweisen und identifizieren lassen. Das Serstech-Gerät ist mit Geolokalisierungsfunktionen ausgestattet, mit denen sich der Ort der Entnahme der Proben und deren Bewegung nachverfolgen lassen, was bei Feldeinsätzen von entscheidender Bedeutung ist. Das Gerät kann auch aus der Ferne zugeschaltet werden, Daten an ein zentrales Steuerungssystem oder eine Cloud-basierte Plattform übertragen, und es können mehrere Geräte koordiniert zusammenarbeiten, um einen umfassenden Überblick über die Bedrohung zu erhalten. „Diese Echtzeitüberwachung optimiert die Entscheidungsfindung und ermöglicht es den Teams, schnell zu reagieren, Ressourcen zu verwalten und Bedrohungen effizienter einzudämmen. Das System kann außerdem so trainiert werden, dass es aufkommende Gefahren erkennt, sobald sich diese entwickeln, und auf diese Weise das allgemeine Situationsbewusstsein und die Sicherheit verbessern“, sagt Rindzevicius.
SERSing federführend bei neuer bahnbrechender Erfindung
In jüngster Zeit hat das Projektteam mehrere Patentanmeldungen auf den Weg gebracht, darunter eine von der Schwedischen Behörden für Verteidigungsforschung(öffnet in neuem Fenster) (FOI). Die schwedische FOI nutzte einen Teil der Arbeiten des Projekts SERSing, um eine neue, zum Patent angemeldete Lösung zu entwickeln, mit der eine hochempfindliche und schnelle Detektion verschiedener Nervenkampfstoffe und Pestizide in der Flüssig- und Gasphase möglich werden könnte. Die FOI-Methode ist aufgrund der Nutzung einer patentierten Verbindung zur Funktionalisierung von SERS-Oberflächen innovativ. „Stellen Sie sich diese Verbindung als eine Antenne in Nanogröße vor, die uns helfen kann, SERS-Signale von Nervenkampfstoffen aufzufangen, die sich entweder in einer Gas- oder Dampfphase befinden oder die in komplexe Mehrkomponentenfluide eingebettet sind“, erklärt Rindzevicius. Rindzevicius zufolge wird die FOI-Erfindung dazu beitragen, das Ziel des Projekts SERSing zu erreichen, kosteneffiziente und zuverlässige Handgeräte zum Nachweis von chemischen Kampfstoffen und Pestiziden in der Flüssig- und Gasphase zu entwickeln. Tatsächlich wird bei Serstech erwogen, die Patentrechte von FOI zu lizenzieren, sobald die Erfindung angemeldet ist. „Die Arbeit mit chemischen Kampfstoffen und der dazugehörigen Technologie ist nicht nur teuer und zeitaufwändig, sondern erfordert auch sehr spezielle Kenntnisse, Genehmigungen, Anlagen und Sicherheitsprotokolle, die wir alle im Verlauf unserer Arbeit entwickelt haben“, sagt Rindzevicius. „Ohne das Projekt SERSing wäre es für die FOI unmöglich gewesen, dieses aufregende neue Konzept zu entwickeln, die Verbindung zu synthetisieren und, was am wichtigsten ist, das Ganze strengen Tests zu unterziehen.“ Die Errungenschaften von SERSing decken sich auch mit dem Bedarf, der im Zuge der EU-Initiative ENCIRCLE(öffnet in neuem Fenster) in Hinsicht auf eine bessere Erkennung, Identifizierung, Modellierung, Risikobewertung und Verringerung der Auswirkungen gefährlicher Chemikalien ermittelt wurde.