Solvation Science Sebastian Kruß entwickelt Biosensoren aus Kohlenstoff-Nanoröhren
Mit fluoreszierenden Kohlenstoff-Strukturen könnten sich Bakterien und Viren nachweisen lassen.
Zehntausendmal dünner als ein menschliches Haar sind die Kohlenstoff-Nanoröhren, an denen Prof. Dr. Sebastian Kruß künftig an der RUB forschen wird. Er wurde Ende Oktober 2020 an die RUB berufen und übernimmt die Leitung der Gruppe Funktionale Grenzflächen und Biosysteme, die in der Physikalischen Chemie angesiedelt ist und sich mit Themen von der chemischen Grundlagenforschung bis zur Anwendung in der biomedizinischen Diagnostik beschäftigt. Kruß ist zugleich Mitglied im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv.
Die winzigen Kohlenstoffröhren, mit denen der Wissenschaftler arbeitet, haben eine besondere Eigenschaft: Sie leuchten im für den Menschen nicht sichtbaren nahen Infrarotbereich, wenn sie mit sichtbarem Licht bestrahlt werden. Das Fluoreszenzverhalten ändert sich, wenn die Nanoröhren auf bestimmte Moleküle in ihrer Umgebung treffen. Aufgrund dieser Eigenschaft können die Kohlenstoffstrukturen als Sensoren genutzt werden.
Mit seiner Gruppe möchte Sebastian Kruß genauer verstehen, wie sich die Fluoreszenz verändert, wenn die Oberfläche der Kohlenstoff-Nanoröhren verändert wird oder wenn diese in Kontakt mit verschiedenen Molekülen gelangen. Dabei berücksichtigt er auch den Einfluss des umgebenden Lösungsmittels Wasser und von Salzen. Für die Forschung an der Schnittstelle von Chemie, Physik und Biomedizin nutzt er vor allem mikroskopische und spektroskopische Verfahren.
Sensoren für Botenstoffe und Bakterien
In der Vergangenheit hat Kruß bereits Kohlenstoff-Nano-Sensoren für verschiedene Moleküle entwickelt, unter anderem für den Botenstoff Dopamin, der wichtig für die Signalweiterleitung zwischen Nervenzellen ist. Aktuell arbeitet er an einem Sensor, mit dem sich bestimmte Bakterien detektieren lassen. Bakterien sondern einen charakteristischen Molekülmix in ihre Umgebung ab. „Die Molekülzusammensetzung ist dabei so etwas wie ein chemischer Fingerabdruck“, erklärt der Forscher.
Mithilfe der fluoreszierenden Kohlenstoff-Nanoröhren können Moleküle, die für ein bestimmtes Bakterium typisch sind, detektiert werden. „Natürlich gibt es für eine solche Diagnostik auch andere Methoden“, sagt Sebastian Kruß. „Die Auswertung der Daten dauert aber teils Tage, zum Beispiel beim Nachweis einer Blutvergiftung.“ Optische Verfahren sind potenziell viel schneller.
Methode prinzipiell auch für Coronaviren tauglich
Die Kohlenstoffröhren-Sensoren können auch virale Bestandteile aufspüren. Für ein Projekt zur Detektion von Coronaviren hat Sebastian Kruß jüngst Fördermittel der Volkswagen-Stiftung eingeworben.
