Junge Forschung

Von Star Trek zur künstlichen Nase

Der Chemiker Johannes Bintinger will eine Art künstliche Nase schaffen und den Geruchssinn digitalisieren. Seine Idee überzeugte beim Falling Walls Lab in Alpbach.

Johannes Bintinger stellte beim Europäischen Forum Alpbach sein Projekt vor: Der Sensor ist dem Tricorder aus der Serie „Star Trek“ nachempfunden.
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Johannes Bintinger stellte beim Europäischen Forum Alpbach sein Projekt vor: Der Sensor ist dem Tricorder aus der Serie „Star Trek“ nachempfunden.
Johannes Bintinger stellte beim Europäischen Forum Alpbach sein Projekt vor: Der Sensor ist dem Tricorder aus der Serie „Star Trek“ nachempfunden. – (c) Katharina Fröschl-Roßboth

Das coolste Gerät war der Tricorder. „Egal, welche Probleme die Crew der Enterprise hatte, er konnte alles messen und analysieren“, sagt Johannes Bintinger. Er ist Chemiker, und das liegt wohl auch ein bisschen an „Star Trek“. Schon als Kind war er von der Serie und der Technologie fasziniert. An Chemie reizt ihn, dass man Materialien erschaffen kann, die neue Eigenschaften und Chancen bieten. Zum Beispiel in der organischen Elektronik, einer Kombination aus Chemie und Elektronik. Damit beschäftigte sich Bintinger in seiner Dissertation an der TU Wien und während eines Forschungsaufenthaltes an der Columbia University. Nach seiner Promotion arbeitete er am Kompetenzzentrum für elektrochemische Oberflächentechnologie (CEST) in Wiener Neustadt an DNA-Sensoren. Mit einer ähnlichen Technologie hat er im aktuellen Projekt zu tun. Es läuft seit einem Jahr in Kooperation mit dem Austrian Institute of Technology (AIT) und der TU Wien.

Den Geruchssinn hält Johannes Bintinger für unterschätzt. Schließlich gebe er permanentes Feedback – und über Gerüche kann man sich gut Emotionen und Orte merken. Er nennt das Beispiel des Limonenmoleküls: „Dasselbe Molekül kann in zwei verschiedenen Erscheinungsformen auftreten und somit entweder nach Orange oder nach Zitrone riechen. Der Mensch schafft es trotzdem, das gut zu unterscheiden.“ Oder wenn wir Rotwein riechen: Unser Gehirn kann den Geruch als einen erfassen, obwohl mehr als 1000 verschiedene Geruchsmoleküle im Spiel sind.

 

„Es geht um die Visionen, die man hat“

Sehen, Hören, Fühlen, Riechen und Schmecken: Von diesen fünf Sinnen seien nur drei kommerzialisiert, als Kamera, Mikrofon und Drucksensor. Was es nicht gibt: Geruchs- oder Geschmacksdetektoren. „Unser Ziel ist wirklich, den Tricorder nachzubauen. Manche Leute belächeln die Serie, aber es geht um die Visionen, die man hat.“ Seine lautet: den Geruchssinn elektronisch zu erfassen und eine Art künstliche Nase zu schaffen. Er erklärt: „Viele denken, wir riechen in der Nase. Das stimmt so nicht ganz.“ Die Nase sei wie ein Staubsauger. Die gasförmigen Moleküle werden durch die Nase aufgesogen und in die Nasenhöhle transportiert. Dort gehen sie in die wässrige Schleimhaut über. Durch die Interaktion von Duftmolekül und passender olfaktorischer Zelle entsteht ein elektrisches Signal. Dieses wandert ins Geruchszentrum im Gehirn. Für die Erforschung, wie dieser Prozess funktioniert, bekamen Richard Axel und Linda Buck im Jahr 2004 den Medizin-Nobelpreis.

Bintinger und sein Team wollen dieses Wissen nutzen, um einen Duft zu analysieren. „Wir wollen mit einfachen Mitteln ein biologisches Signal in ein elektrisches umwandeln. Die Technologie, die wir erarbeiten, kann für Sprengstoffdetektion genauso eingesetzt werden wie für Blutanalytik“, sagt er. Anwendungsgebiete sieht er in der Lebensmittelqualitätssicherung – zur Kontrolle, ob Essen noch in Ordnung ist. Oder im Umweltmonitoring: Man könnte „erschnüffeln“, ob eine Pflanze gesund ist, um nur kranke Pflanzen zu behandeln. Der Heilige Gral sei die Früherkennung von Krankheiten durch die Atemluft. Ihre Zusammensetzung ändert sich bei einigen Krebsarten. „Das Hauptproblem bei Krebs ist nicht mehr die Behandlung, sondern, dass man nicht früh genug draufkommt“, sagt Bintinger.

Ein bisschen erahnen lässt sich seine Vision schon: Bintinger steckt einen kleinen USB-Stick in sein Handy und pustet ihn an. „Der Sensor kann Luftfeuchtigkeit, Ammoniak und Cyclohexanon aufspüren.“ Er ist drei mal einen Zentimeter groß und besteht aus einer Spezialform von Graphen, dem Graphenoxid. Der Forscher holt ein Fläschchen mit Flüssigkeit aus dem Rucksack und sagt: „Mit nur einem Milliliter dieser Lösung lassen sich 150.000 Sensoren herstellen.“ So belaufen sich die Produktionskosten für den Chip auf weniger als einen Dollar.

„Graphen ist ein Wundermaterial“, schwärmt er. „Das dünnste, stärkste und leichteste Material der Welt.“ Mit dem graphenbasierten Feld-Effekt-Transistor schaut er sich an, wie sich der Strom verändert, wenn das Molekül aufkommt. Jetzt muss nur noch eine Software die Daten auf dem Handy auslesen können.

ZUR PERSON

Johannes Bintinger (32) war Drachenflieger, ist Mountainbike-Marathons gefahren und hat bei den Vienna Vikings American Football gespielt. Heute verbringt er lieber Zeit mit seinen Kindern und restauriert einen alten VW-Bus. Ein bisschen Wettkampf-Gefühl brachte das Falling Walls Lab beim Europäischen Forum Alpbach. Er konnte mit seiner Präsentation das Publikum überzeugen und gewann die Teilnahme beim Finale in Berlin.

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("Die Presse", Print-Ausgabe, 02.09.2017)

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