Ein Forscherteam der Montanuniversität Leoben hat ein neuartiges Schnelltestsystem entwickelt, das mithilfe von Nanotechnologie und Laserdiagnostik Viren, Bakterien und Pilzsporen direkt aus der Atemluft nachweisen kann – in nur wenigen Minuten und so unkompliziert wie ein Alkoholtest.
Ursprung in der Pandemie
Die Idee zu dem Projekt entstand während der Corona-Pandemie. Damals waren Nasenabstriche Teil des Alltags, galten jedoch als unangenehm und mitunter unzuverlässig. "Wir wollten ein System schaffen, das schneller, präziser und vor allem komfortabler ist als herkömmliche Testverfahren", sagt Christian Mitterer, Leiter des Lehrstuhls für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme an der Montanuniversität Leoben.
Ziel war ein Verfahren, das nicht nur Viren, sondern auch Bakterien und Pilzsporen in der Atemluft identifizieren kann – ohne invasiven Eingriff, mit hoher Sensitivität und minimalem Aufwand. Aus dieser Vision entstand ein innovativer Prototyp, der mittlerweile wissenschaftlich validiert ist und erste Labortests erfolgreich durchlaufen hat.
Laser, Nanopartikel und KI
Die technische Grundlage bildet ein speziell entwickelter Glasfaserfilter, der mit nanoskaligen Edelmetallpartikeln – meist aus Silber oder Platin – funktionalisiert ist. Beim Einatmen gelangen winzige Tröpfchen mit potenziellen Krankheitserregern auf diesen Filter. Ein Laserstrahl trifft die Oberfläche und regt die enthaltenen Proteinstrukturen zu charakteristischen Schwingungen an – ein physikalischer Effekt, bekannt als Raman-Streuung.
Durch die Nanopartikel wird dieses Signal massiv verstärkt – um bis zu elf Größenordnungen –, wodurch auch kleinste Spuren detektiert werden können. Die so gewonnenen Spektraldaten werden anschließend mithilfe von Machine-Learning-Verfahren analysiert. Künstliche Intelligenz vergleicht die gemessenen "molekularen Fingerabdrücke" mit Datenbanken, um spezifisch zwischen Viren, Bakterien oder Pilzsporen zu unterscheiden.
"Das Zusammenspiel aus hochsensibler Messtechnik und KI erlaubt uns eine Diagnosegenauigkeit, die mit bisherigen Methoden kaum erreichbar war", erklärt Nikolas Kostoglou, Professor am selben Lehrstuhl.
Breite Anwendungsbereiche geplant
Der potenzielle Nutzen des Systems geht weit über den medizinischen Bereich hinaus. So könnte der Schnelltest nicht nur zur frühzeitigen Erkennung von Infektionskrankheiten eingesetzt werden, sondern auch in der Krebsfrüherkennung oder bei Umweltanalysen – etwa zur Identifikation von Pilzsporen in Gebäuden oder industriellen Anlagen.
"Unser Ziel ist es, das System zur Marktreife zu bringen. Dafür suchen wir aktuell Industriepartner, die mit uns die Serienproduktion und Anwendung in die Praxis überführen", so Mitterer.
Die bisherigen Ergebnisse wurden im Fachjournal Journal of Vacuum Science & Technology A veröffentlicht.
(VOL.AT)