OSAKA / LONDON (IT BOLTWISE) – Forschende der University of Osaka entwickeln eine elektrische Messmethode, um die spiegelbildlichen Formen von Aminosäuren zu unterscheiden. Statt chemische Reagenzien einzusetzen, lassen sie Moleküle durch einen Nanogap zwischen Gold-Nanodrähten passieren und werten die resultierenden Stromverläufe aus. Mit KI erreichen sie dabei eine Genauigkeit von über 80 % bei der Trennung von L- und D-Formen. Getestet wurde das Verfahren unter anderem an Proben aus dem Murchison-Meteoriten sowie Boden aus der Atacama-Region.
Die Suche nach Leben außerhalb der Erde wirkt oft wie eine Frage von Teleskopen und Fernsicht. Doch ein wesentlicher Engpass sitzt näher am Messaufbau: Biosignaturen müssen in realen Proben zuverlässig erkannt werden, ohne dass dafür riesige, empfindliche Laborchemie nötig ist. Genau an dieser Stelle setzen Forschende der University of Osaka an und koppeln elektrische Nanotechnik mit datengetriebener Auswertung. Der Ansatz zielt auf eine klassische biochemische Eigenschaft ab – die Händigkeit (Chiralität) von Bausteinen – und versucht, sie direkt und möglichst kompakt messbar zu machen.
Im Zentrum steht die Unterscheidung zwischen den beiden spiegelbildlichen Formen von Aminosäuren. Für viele irdische Lebensformen gilt, dass die meisten Aminosäuren überwiegend in der L-Form vorkommen, während entsprechende Zucker eher in der D-Form auftreten. Nicht-biologische chemische und physikalische Prozesse erzeugen dagegen häufig ein Gemisch aus L- und D-Formen in vergleichbaren Anteilen. Das bedeutet: Das Verhältnis zwischen L- und D-Form kann als Hinweis auf Lebensprozesse dienen und liefert damit einen konkreten, chemisch interpretierbaren Kandidaten für Astrobiologie-Experimente. Die eigentliche Herausforderung liegt dann nicht in der Definition der Signatur, sondern in der Messung: Herkömmliche Verfahren unterscheiden zwar Molekülmengen über größere chemische Gruppen, sind aber oft aufwendiger und in der Praxis schwer in kompakte Systeme zu übertragen.
Technisch basiert die neue Methode auf einer elektrischen Detektion einzelner Moleküle. Die Forschenden nutzen dafür Nanotechnologie: Sie messen Aminosäuremoleküle, während diese durch eine Lücke (Nanogap) zwischen zwei Gold-Nanodrähten wandern. Dabei entsteht ein elektrischer Tunnelstrom, der als Signal über Zeitverläufe erfasst werden kann. Entscheidend ist dabei, dass sich die Stromwellenformen der L- und D-Formen unterscheiden, sodass die Signatur nicht erst über eine aufwendige chemische Vorbehandlung sichtbar wird. Aufbauend auf diesem Prinzip lässt sich die Anzahl durch den Nanogap passierender Moleküle direkt aus den charakteristischen Signalformen ableiten – und genau diese Zählbarkeit skaliert in Richtung praktischer Sensorik, weil sie weniger auf den Einsatz von Reagenzien setzt als viele alternative Laborwege.
Damit die Auswertung nicht nur „irgendwie“ statistisch ist, kommt Künstliche Intelligenz ins Spiel. Nach Angaben aus dem Forschungskontext gelang es, die beiden Aminosäure-Formen mit einer Genauigkeit von über 80 % zu unterscheiden, indem die gemessenen Stromverläufe der jeweiligen Chiralität zugeordnet wurden. Die Aussage ist besonders relevant, weil sie den Schritt von „Erkennung von Molekülen“ hin zu „Chiralitätsdiskriminierung auf Einzelmolekülniveau“ adressiert. In der Sensorik ist dieser Sprung wichtig: Die Wahrscheinlichkeit, dass Störungen durch Vibrationen oder mechanische Einflüsse das Ergebnis verfälschen, ist bei elektrischen Messketten grundsätzlich anders gelagert als bei chemischen Verfahren, die oft auf definierte Reaktionsbedingungen angewiesen sind. Ein weiteres Plus: Wenn sich ein solches Prinzip in kleine Messgeräte übersetzen lässt, wird der Weg zu boardtauglichen oder raumfahrtfreundlichen Messkonzepten realistischer.
Wie gut sich der Ansatz in der Praxis schlägt, hängt davon ab, ob er auch mit „Rauschen“ durch komplexe Proben umgehen kann. Daher haben die Forschenden Tests mit realen, unterschiedlich zusammengesetzten Ausgangsmaterialien durchgeführt. Sie analysierten Proben aus dem Murchison-Meteoriten in Australien sowie Bodenproben aus der Atacama-Region in Chile. Solche Materialien enthalten naturgemäß viele Molekültypen, die den Messraum füllen und die Auswertung erschweren können. Laut den Projektangaben war die Methode dabei vergleichbar mit traditionellen Verfahren, weil beide Wege in der Lage waren, die wesentlichen Eigenschaften der Aminosäure-Zusammensetzung zu erfassen. Das ist für die Astrobiologie ein wichtiger Punkt: Eine Biosignatur ist nur dann belastbar, wenn das Messsystem nicht an der Komplexität echter Umwelt- oder Weltraumproben scheitert.
Für die Branche bedeutet das vor allem eines: Die Forschung verschiebt den Fokus von hochspezialisierten Laborchemien hin zu elektrisch betriebenen, potenziell kompakteren Instrumenten. Elektrische Detektion über Nanogaps und Tunnelströme kann – je nach Engineering – bessere Voraussetzungen liefern, um Proben in Serie auszuwerten oder Systeme ohne umfangreiche Reagenzienkette zu betreiben. Gleichzeitig zeigt der konkrete Workflow, dass KI nicht als „Zauberwerkzeug“ nachgelagert ist, sondern als Teil der Messkette fungiert: Die Differenz in der Wellenform wird erst mit datengetriebener Klassifikation in eine robuste Zuordnung überführt. Wenn sich das Konzept weiterentwickeln lässt, könnte es künftig helfen, biochemisch interpretierbare Zeichen von Leben schneller und in kleineren Setups zu prüfen – eine Richtung, die für Missionsplaner und Labore gleichermaßen interessant ist.
Veröffentlicht werden die Ergebnisse unter dem Titel Chiral discrimination of amino acids in meteorite and desert soil extracts via single-molecule nanogap conductance in Nature Communications (2026) mit der DOI 10.1038/s41467-026-77947-6. Für die nächsten Schritte liegt der Schwerpunkt vermutlich darauf, die Robustheit der Signale über verschiedene Probenchargen und Messumgebungen hinweg zu testen und die Sensorik in ein dauerhaft einsetzbares Design zu überführen. Genau dort entscheidet sich, ob aus dem vielversprechenden Nachweis eine wirklich einsatzfähige Technologie wird – etwa als kompaktes Messmodul, das L- und D-Formen zuverlässig quantifiziert, noch bevor komplizierte Laboranalytik den Befund bestätigt.
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