Sensoren aus dem 3D-Drucker könnten Atemtest für Diabetes ermöglichen
Internationales Forschungsteam entwickelt einfaches Herstellungsverfahren für Aceton-Sensoren
Die Herstellung hochempfindlicher Sensoren ist aufwendig: Viele verschiedene Prozessschritte und die nahezu staubfreie Umgebung spezieller Reinräume sind dafür nötig.
Ein Forschungsteam aus der Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Biomedizintechnik der Technischen Universität Moldawien hat jetzt ein Verfahren entwickelt, um äußert sensible und energieeffiziente Sensoren per 3D-Druck herzustellen.
Die einfache und kostengünstige Herstellungsmethode eignet sich auch für eine industrielle Fertigung, erläuterte das Team kürzlich in dem renommierten Fachmagazin Nano Energy. Ihr dort vorgestellter Sensor ist durch eine spezielle Strukturierung auf Nanoebene in der Lage, die Konzentration von Acetongas präzise zu messen.
Da die Aceton-Konzentration im Atem mit der Höhe des Blutzuckerspiegels korreliert, hofft das Forschungsteam, damit auch einen Schritt hin zu einem Atemtest für Diabetikerinnen und Diabetiker gemacht zu haben, der die tägliche Messung per Stich in den Finger ersetzen könnte.
Vergrößerte Oberfläche macht Sensor empfindlicher
Unter einem hochauflösenden Elektronenmikroskop wird die besondere Oberfläche der neuen Sensoren sichtbar: In einem Dickicht aus zahlreichen Spitzen von nur etwa 20 Nanometern Durchmesser verfangen sich Moleküle von Gasen wie zum Beispiel Aceton besonders leicht. Die Spitzen vergrößern die Oberfläche des Sensors und sorgen so für seine hohe Empfindlichkeit.
„Um diese besondere Struktur zu erreichen, erhitzen wir einfache Mikropartikel aus Metall bis sich auf ihnen die zahlreichen feinen Spitzen bilden. Mit einer speziell entwickelten Tinte können wir diese Partikel per 3D-Drucker auf verschiedene Oberflächen präzise auftragen“, erklärt Leonard Siebert das sogenannte „Direct Ink Writing“-Verfahren.
Als Doktorand in der Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“ forscht er an der CAU unter anderem zu additiven Fertigungstechniken wie dem 3D-Druck.
Vielseitiges Verfahren für Aceton und andere Gase
Das in der Studie vorgestellte automatisierte 3D-Druckverfahren lässt sich für dieses Sensorkonzept an normaler Umgebungsluft durchführen. So entstehen in wenigen Minuten mehrere Sensoren gleichzeitig, wofür es in Reinräumen bisher ein paar Stunden brauchte.