Ein Forschungsteam der KU Leuven hat eine neue Sensorplattform entwickelt, die Gase anhand ihrer Bewegung durch ein nanoporöses Material analysiert. Der Sensor nutzt metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs), um Moleküle anhand ihrer Geschwindigkeit präzise zu identifizieren – auch unter schwierigen Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit.
Durch die Erfassung der molekularen Bewegung liefert das System zusätzliche Informationen, die klassische Gassensoren nicht bereitstellen. Das ermöglicht deutlich höhere Selektivität und Verlässlichkeit – ein Vorteil für Anwendungen in Medizin, Industrie, Umweltüberwachung oder Sicherheitsbereichen.
MOF ermöglicht Analyse über molekulare Geschwindigkeit
Im Gegensatz zu klassischen Gassensoren, die die Anlagerung von Stoffen an Oberflächen messen, nutzt die KU Leuven-Plattform gleichförmige Nanoporen in MOFs zur Bestimmung der Geschwindigkeit einzelner Moleküle.
„Man kann unseren Ansatz mit Geschwindigkeitskontrollen für Moleküle vergleichen“, erklärt Margot Verstreken, Bioingenieurin und Postdoktorandin in der Ameloot-Forschungsgruppe an der KU Leuven. „Wir betrachten nicht nur die Anzahl der Moleküle, die durch die Nanoporen wandern, sondern auch deren unterschiedliche Geschwindigkeiten. Wir nennen das kinetische Selektivität. Diese zusätzliche Information macht den entscheidenden Unterschied.“
Anpassbares Sensorsystem für vielfältige Anwendungen
Die Plattform ist modular aufgebaut und kann durch Auswahl geeigneter MOFs an verschiedene Zielgase angepasst werden – ohne die zugrunde liegende Technologie zu verändern. „Das System bleibt kompakt, energieeffizient und leistungsstark. Selbst in feuchter Umgebung, bei komplexen Gasgemischen oder niedrigen Konzentrationen übertrifft es handelsübliche elektronische Nasen“, so Verstreken.
Anwendungen reichen von der Atemdiagnostik zur Früherkennung von Diabetes über die Lecksuche in der chemischen Industrie bis hin zur Qualitätskontrolle bei Lebensmitteln und dem Aufspüren von Sprengstoffen oder Drogen.
„Das ist kein Sensor für eine bestimmte Aufgabe, sondern eine modulare Plattform“, betont Verstreken. „Durch die Wahl der passenden MOFs lässt sich das System flexibel auf verschiedene Anforderungen abstimmen – sei es im Gesundheitsbereich oder in der Sicherheitsüberwachung.“
Wissenschaftliche Anerkennung und internationale Förderung
Neben der Veröffentlichung in Nature Communications wurde Margot Verstreken für ihre Arbeit mit dem Gewinn der belgischen Ausgabe von Falling Walls ausgezeichnet. Im November wird sie Belgien beim Weltfinale in Berlin vertreten.
Die Forschung wurde gefördert durch Horizon Europe (ERC-Projekt KISSIES) und die Research Foundation Flanders (FWO).
Originalpublikation: Matavž, A., Verstreken, M.F.K., Boullart, L. et al. Kinetic selectivity in metal-organic framework chemical sensors. Nat Commun 16, 8347 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64199-z