Gerüche umgeben uns ständig – wir nehmen sie nur nicht immer so genau wahr. Hat man selbst zum Beispiel Mundgeruch, so merkt man dies oft überhaupt nicht. Denn ein konstanter Geruch, wird von unserer Nase irgendwann nicht mehr wahrgenommen. Die Ursache für den Mundgeruch kann sehr vielfältig sein. Betroffen sind häufig Menschen die viel reden müssen. Denn das Reden trocknet den Mund aus, wodurch weniger Speichel im Mund ist, der die Bakterien wegspült. Gleichzeitig erzeugt die Zunge einen Luftzug, der die üblen Gerüche nach außen leitet. Aber auch Kaffee mit Milch trocknet den Mund aus - ebenso wie einige Zahnpasta-Sorten. Zahnärzte nutzen ein Halimeter, ein Messgerät zur Bestimmung des Mundgeruchs. Damit lässt sich die Konzentration von Schwefelverbindungen, die von den Bakterien erzeugt werden, messen. Doch sie machen nur einen ein Teil der Substanzen aus, die Mundgeruch erzeugen.
Kranke Menschen riechen anders
Schweiß-, Urin- und Mundgeruch geben über den Gesundheitszustand einer Person Aufschluss. So ist bereits seit der Antike bekannt, dass kranke Menschen anders riechen. Heute weiß man, dass die Atemluft eines Diabetikers nach Aceton riecht – ähnlich Nagellackentferner. Menschen mit einer schweren Leberzirrhose riechen nach Ammoniak. Speziell trainierte Hunde können sogar Krebserkrankungen erkennen. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass Krebszellen einen anderen Geruch absondern, als gesunde Zellen. Mit einer elektronischen Nase ließen sich all diese Krankheiten sowie Drogen, Schad- und Sprengstoffe identifizieren und lokalisieren. Selbst Produktpiraterie ließe sich mit künstlichen Nasen bekämpfen. So könnten zum Beispiel Schmuckstücke zweifelsfrei an Hand einer speziellen Duftmarke auf ihre Echtheit hin überprüft werden.
Sensortechniken für künstliche Nasen
In der menschlichen Nase befinden sich rund 1.000 verschiedene Duft-Rezeptoren, mit denen der Mensch etwa 10.000 unterschiedliche Gerüche wahrnehmen kann. Es existiert also nicht ein Rezeptor für einen Duftstoff, sondern ein Duft erregt immer mehrere Rezeptoren, die einen elektrischen Impuls an das Riechzentrum im Gehirn weiterleiten. Das Erregungsmuster wird dann vom Gehirn als ein bestimmter Geruchsstoff erkannt. Damit ist das Riechsystem äußerst komplex. Bei der Entwicklung von künstlichen Nasen gehen die Forscher unterschiedliche Wege. Alle nutzen jedoch Sensoren, die jedoch auf unterschiedliche Weise arbeiten. Ein physikalischer Sensortyp besteht aus einem Chip mit acht Federarmen. Diese Federarme sind mit verschiedenen Polymeren beschichtet. Duftmoleküle, die über die Federarme geleitet werden, reagieren mit den Polymeren und lassen diese anschwellen. Die Federarme verbiegen sich daraufhin, da die Polymere schwerer werden. Die Verformung wird dann mittels Laser gemessen. Der Grad der Verformung wird dann einem definierten Geruch zugeordnet. Mit dieser Methode lässt sich unter anderem feststellen, ob eine Person Mundgeruch hat.
Schweißfüße sind das Resultat bakterieller Zersetzungsprodukte. Eine elektronische Nase soll bei der Produktentwicklung von Schuhen und Strümpfen eingesetzt werden. Das Messprinzip soll später dann auch für Bekleidungstextilien, wie T-Shirts und Unterwäsche, eingesetzt werden. Die hier verwendete elektronische Nase besteht aus verschiedenen Halbleitergassensoren, die flüchtige Stoffe registrieren. Die Duftmoleküle verändern hier die Leitfähigkeit der Halbleiter.
Die dritte Variante der künstlichen Nase dient vorrangig der chemischen Analytik und soll zum Nachweis von Schadstoffen eingesetzt werden. Sie basiert auf Nanosaiten, die je nach Geruchstoff eine charakteristische Schwingung ausführen. Gemessen wird hier die Schwingungsperiode, um chemische Substanzen zu identifizieren. Diese Technologie würde sich auch für den Einsatz als Taktgeber in Handy-Uhren anbieten.
Spanische Forscher haben Biosensoren entwickelt, die der Natur nachempfunden sind. Ebenso wie die menschliche Nase den Geruchstoff in elektrische Impulse übersetzt, erzeugt die elektronische Nase hier einen Strom, der von einem Computer registriert wird. Die Biosensoren entstehen mittels einer gentechnischen Methode. Dazu werden Rattengene in Hefezellen eingesetzt. Die Hefezellen reagieren dann auf Geruchsstoffe. Diese Reaktionen lassen sich dann über Mikroelektroden messen. Der Biosensor nimmt bereits fast eben so viele Gerüche wahr wie der Mensch – allerdings reagiert er auf wesentlich geringe Konzentrationen. Der technische Nutzen dieser Methode liegt also vor allem in der höheren Empfindlichkeit der künstlichen Nase.
Quellen:
- Science-Guide.eu: Elekronische Nasen - Wie Krankheiten riechen
- IDW: Schweißfüße ade!, 13.08.2009
- IDW: Herzerkrankungen in der Ellenbeug riechen – Phantasie oder schon bald Realität?, 28.08.2009