Leuchtender Kristall schützt Feuerwehr vor Vergiftungen

La Jolla (USA) - "Ein neuartiger Farbsensor an der Gasmaske soll Feuerwehrleuten drohende Vergiftungen durch toxische Dämpfe melden. So könnten die Ersthelfer erstmals direkt erkennen, wann sie die Gefahrenzone verlassen müssen. Wenn bei großen Bränden Chemikalien oder Kunststoffe in Flammen stehen, ist der Giftfilter in Gasmasken nach einer Weile gesättigt. Er muss ausgetauscht werden - bisher nach einer grob geschätzten Aufenthaltsdauer in der ungesunden Luft. Doch ein neuer Sensor aus kalifornischen Labors lässt die Sättigung des Aktivkohle-Filters jetzt direkt ablesen: Wie die Flügel mancher Schmetterlinge reflektiert dessen Oberfläche das einfallende Licht - bei zunehmender Giftmenge in anderer Farbe, berichten die Forscher im Fachblatt" Advanced Materials" (doi: 10.1002/adma.201190052). Das Material des Sensors, sogenannte photonischen Kristalle aus Kohlenstoff-Nanofasern, ist kostengünstig herzustellen und benötigt keine eigene Stromversorgung.

"Weil diese Kohlenstoff-Nanofasern dieselben chemischen Eigenschaften haben wie die Aktivkohle in den Gasmasken, haben sie ähnliche Fähigkeiten, organische Gifte zu absorbieren", erklärt der Chemiker und Biochemiker Michael Sailor von der University of California, San Diego. Die flüchtigen organischen Substanzen, die bei großen Bränden in die Luft gelangen, lagern sich an die Aktivkohle an, bis diese gesättigt ist und keine weiteren Moleküle mehr binden kann.

Verfärbung durch Verformung

Die winzigen Kohlenstofffasern, an denen sich die Giftstoffe ebenso anlagern, verändern dabei fast unmerklich ihre Gestalt. Sailors Team und Forscher der Firma Tyco Electronics hatten die Fasern in die Form photonischer Kristalle gebracht. Diese regelmäßige Anordnung im Kristallgitter sorgt für die speziellen Reflektionseigenschaften: Nur bestimmte Wellenlängen des Sonnenlichts werden zurückgeworfen. Auf dieselbe Weise leuchten etwa die glänzend blauen Flügel des Morpho-Schmetterlings. Ihre Farbe entsteht allein durch Reflektion an winzigen Schuppenstrukturen und benötigt keinen Farbstoff.

Die Nanokristalle von Sailor und Kollegen leuchten ebenfalls farbig. Reichern sie sich nun mit Giftmolekülen an, verändert dies ihre Form und Oberflächenstruktur - entsprechend ändert sich auch die Farbe der passenden und reflektierten Lichtwellen. Licht genügt also zum Ablesen. Die neuartigen Sensoren sind sehr dünn, weniger als der halbe Durchmesser eines menschlichen Haars. Sie sind nicht auf eine Stromversorgung angewiesen und arbeiten deutlich zuverlässiger als die bisherigen Zeitschätzungen, so Sailor: "Sie lieferten einen akkurateren Stand davon, wie viel Material die Kohle in den Filtern tatsächlich absorbiert hat."