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Es gibt bereits seit längerem elektronische Geräte, die verschiedene Chemikalien in Luft und Wasser gezielt aufspüren können. Allerdings sind diese Apparaturen bislang meist zu teuer, um sie ständig zur Umweltüberwachung einzusetzen. Vivek Subramanian, Professor für Elektroingenieurwesen an der University of California in Berkeley, hat nun ein Sensoren-Setup entwickelt, das sich wesentlich billiger herstellen lässt.

Das Ziel der Apparatur sei es, Umweltgefahren zu erkennen, bevor sie zum Problem werden, so der Professor. Dann könne man früh genug reagieren: "Wenn wir das tun wollen, ist eine der Hauptansprüche an diese Geräte ein sehr geringer Preis." Subramanian stellt seine billigen chemischen Sensoren in einem Verfahren her, bei dem organische Halbleiter und eine spezielle Tintendrucktechnologie zum Einsatz kommen. Die erste Generation seiner Komponenten, die allerdings zur Verarbeitung der Signale zunächst noch auf teure Silizium-Technologie setzen wird, soll rund 30 US-Cent pro Stück kosten. Heute sonst gebräuchliche Sensoren können hingegen mehrere hundert Dollar kosten, wie Subramanian bei der Vorstellung seines Projektes vor der Materials Research Society in Boston sagte.

Transistoren aus organischen Halbleitern zerfallen langsam, wenn sie Luft, Chemikalien oder Wasser ausgesetzt sind. Diese ansonsten eher schlechte Eigenschaft macht aus ihnen gute Sensoren: Je nach Chemikalie bauen sie sich langsamer oder schneller ab. Subramanians Innovation besteht aus einer speziellen Anordnung organischer Halbleiter, von denen jeder leicht unterschiedlich auf verschiedene Chemikalien reagiert. Die Signale dieser Halbleiter-Bank ergeben dann ein ganz bestimmtes Muster – es ist eine Art elektronischer Fingerabdruck einer bestimmten Chemikalie.

Ähnliche Verfahren wurden bereits in den späten Siebzigerjahren vorgeschlagen. Die Verwendung einzelner Erkennungsbereiche ähnelt dem Ansatz der menschlichen Nase. Auch sie kann eine große Anzahl verschiedener Chemikalien erkennen, ohne Sensoren für jede einzelne zu haben. "Subramanian borgt sich diese clevere Idee und setzt sie mit organischen Transistoren um. Das macht definitiv Sinn", meint Luisa Torsi von der Universität von Bari in Italien. Torsi gehörte zu den ersten Forschern, die das Potenzial organischer Transistoren für Sensoranwendungen entdeckten. Sie baute auch die Transistorenform, die nun in Subramanians Gerät steckt.

Subramanian druckt die verschiedenen organischen Halbleiter in der gewünschten Anordnung mit einem speziellen Tintenstrahldrucker aus. Bislang hat er nur Geräte mit fünf verschiedenen Halbleitern produziert – das reicht aber beispielsweise bereits aus, um den Unterschied zwischen genießbarem und verdorbenem Wein zu erkennen. Auch organische Lösungsmittel aus der Industrie werden bereits erkannt.

Obwohl die Sensoren selbst sehr günstig herzustellen sind, erhöhen sich die Kosten durch weitere Komponenten, die notwendig sind, um sie miteinander zu verbinden und schließlich ihre Signale zu verarbeiten. Aus diesem Grund glaubt Subramanian, dass die ersten echten Anwendungen für seine Sensoren in "High-Value"-Bereichen wie der Pharmazeutik liegen werden. Teststreifen zur Erkennung des Zuckerwertes bei Diabetikern werden beispielsweise derzeit noch mit einem sehr ungenauen Haltbarkeitsdatum ausgeliefert – nicht selten werden sie weggeworfen, obwohl sie noch verwendet werden könnten. Subramanians Sensoren könnten dazu dienen, zu erkennen, ob die Teststreifen wirklich verdorben sind.

Erste Anwendungen dieser Art könnten bereits innerhalb eines Jahres verfügbar sein, meint der Forscher. Der Einsatz bei der Umweltüberwachung dürften noch etwas länger brauchen: "Obwohl Umweltsensoren für die Menschen sehr wichtig wären, gibt es kaum jemanden, der dafür zahlen will".

Von Kevin Bullis; Übersetzung: Ben Schwan.

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