Zahn-Sensor misst Bakterien in Atemluft und Speichel

Princeton (USA) – Bakterien im Mundraum sind nicht nur für schlechten Atem verantwortlich. Sie können auch auf drohende Magenkrankheiten hindeuten. Mit einem winzigen Sensor, fest auf einen Zahn geklebt, lassen sich nun bereits kleinste Mikrobenmengen aufspüren. Der Prototyp basiert auf Seide und einem hauchdünnen Kohlenstofffilm aus dem festen und leitfähigen Material Graphen. Wie die Entwickler in der Zeitschrift „Nature Communications“ berichten, können die Messdaten über ein Funkmodul ähnlich wie bei elektronischen RFID-Etiketten ausgelesen werden.

„Dieses Detektionsystem erlaubt viele Anwendungen: von der Diagnostik über das Monitoring der Krankenhaushygiene bis hin zu Nahrungsmittelanalysen“, fassen Manu S. Mannoor und seine Kollegen von der Princeton University die Vorteile zusammen. Ihr erster Prototyp konnte bereits extrem geringe Mengen an Bakterien aufspüren, darunter E.coli, den Magenkeim Helicobacter pylori und Staphylokokken. So soll in Zukunft bereits sehr früh ein Krankheitsrisiko entdeckt werden können.

Der Sensor selbst besteht dabei aus einer hauchdünnen Sensorschicht aus Graphen, welche die Forscher auf einen Träger aus Seide deponiert haben. Auf diese Schicht setzten sie weitere Biolomoleküle wie Peptide, woran einzelne Bakterien dann selektiv andocken können. Jedes Andocken führt dabei zu einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit. Dieser Messwert, der bisher auf die Anzahl der Bakterien zwischen 100 und einer Million zurückschließen lässt, kann schnurlos über ein RFID-Funkmodul ausgelesen werden.

Im Labor hefteten die Forscher den Prototypen an einen gezogenen Zahn und konnten ihn fest mit dem Zahnschmelz verbinden. Eine eigene Batterie benötigte dieser Sensor nicht, da diese über eine winzige Spule über Radiowellen via Induktion im Modul erzeugt werden konnte. Nach diesen erfolgreichen Versuchen sollen nun erste Studien beispielsweise an Tieren erfolgen. Sollte der Sensor dann über lange Zeit funktionstüchtig und am Zahn haften bleiben, können klinischen Studien am Menschen folgen. Damit lockt ein Analyse-Gerät, das eine permanente Überwachung der Bakterien-Konzentration in Atemluft und Speichel und eine frühes Warnen vor gefährlichen Krankheiten ermöglichen könnte. Weitere Verbesserungen, mit denen der Sensor auch Karies anzeigen könnte, sind durchaus vorstellbar.