Die Winzlinge treiben es bunt: Lagern sich die Siliziumchips an Oberflächen an, signalisieren sie durch eine Veränderung ihrer Farbe, welchen Stoff sie gerade erschnüffelt haben. Winzige Poren in der Oberfläche der Chips ermöglichen die Identifizierung der Substanz: Da ein Teil der Stoffe in die Poren eindringt, verändert sich die Farbe der Sensor-Oberfläche. Der Grad dieser Farbveränderung zeigt an, welche Substanz vorliegt, schreiben US-Forscher in den Fachblättern "Proceedings of the National Academy of Sciences" und "Nature Materials".

Farbcodierung durch winzige Poren

Die von Michael Sailor und Jamie Link von der University of California in San Diego entwickelten Mini-Sensoren besitzen zudem zweifarbige, spiegelnde Oberflächen. Eine Seite der Chips ist wasserabweisend und glänzt grünlich, während die andere wasserliebend und rötlich ist.

Schwimmen die Mini-Chips auf dem Wasser, orientieren sie sich automatisch mit der wasserliebenden Seite zum Wasser hin, so dass der wasserabweisende Teil in die Luft zeigt. Dadurch erscheint die Oberfläche grün. Wird dem Wasser etwas Öl oder eine andere unlösliche Substanz beigemischt, dreht sich die wasserabweisende Seite so, dass sie den Öltropfen berührt und die wasserliebende Seite nach außen zeigt. Die Oberfläche erscheint dann rot.

Durch die Farbveränderung sei die blitzschnelle Identifikation tausender verschiedener Chemikalien in Luft und Wasser möglich, und zwar auch auf größere Entfernungen. "Wenn der Staub erkennt, um welche chemischen oder biologischen Stoffe es sich handelt, kann diese Information mit dem Laser ausgelesen werden wie ein Strichcode an der Supermarktkasse", erklärt Studienleiter Sailor. "So können wir etwa feststellen, ob eine Wolke, die auf uns zukommt, Milzbrand-Bakterien enthält oder ob der Inhalt eines Wassertanks vergiftet ist."

Identifizierung auf einen Kilometer Entfernung

Der "Strichcode" besteht in diesem Fall aus der speziellen Wellenlänge des Lichts, das die Siliziumpartikel reflektieren. "Die Partikel können auf Millionen verschiedene mögliche Reaktionen eingestellt werden", sagt Sailor. "Dadurch können wir Tausende verschiedene Chemikalien gleichzeitig feststellen." Durch den Einsatz leistungsstarker Laser wollen die Forscher die Informationen der Mini-Chips auch auf größere Entfernungen auslesen. "Unser Ziel ist ein Kilometer."

• Fachzeitschrift "Nature Materials" 
• "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) 

Die porösen Silizium-Chips eigneten sich darüber hinaus auch vorzüglich für den biomedizinischen Einsatz, da sie ungiftig, mit lebenden Zellen kompatibel und lange haltbar seien. Sailor denkt bereits weit in die Zukunft: Die Herstellung der Mini-Chips sei ein Schlüsselschritt auf dem Weg zur Entwicklung von Mikro-Robotern von der Größe eines Sandkorns, die auch kleinste Öffnungen durchdringen und unauffällig nach verdächtigen Substanzen fahnden könnten.