Fluorescerende polymer registrerer spor af eksplosive enheder

Bombeplaner kunne forpurres ved hjælp af et bærbart system til at detektere spor af højeksplosive stoffer ved hjælp af fluorescerende polymer nanopartikler, udviklet af A*STAR. Belagt på papir, disse polymerer udviser en eksplosiv-detektionsydelse, der er langt mere robust end tidligere materialer med lignende egenskaber.

Mange metoder er blevet udviklet til at opdage spor af højeksplosive stoffer såsom trinitrotoluen (TNT), men de fleste kræver store, laboratoriebaserede analytiske instrumenter såsom UV-absorptionsdetektorer eller massespektrometre, siger Jianwei Xu fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, der ledede arbejdet. "Vi havde til formål at udvikle en bærbar, hurtig, billigt og meget følsomt alternativ."

Xu fokuserede på fluorescerende polymerer, hvis lysemission dæmpes, når den udsættes for dampe af molekyler som TNT, der indeholder 'nitrogrupper'-den nitrogenrige struktur, der giver højsprængstof deres energiske egenskaber.

Selvom eksplosiv-detekterende fluorescerende polymerer er blevet udviklet før, der har været hindringer for deres praktiske anvendelse, Xu forklarer. Nogle mistede en del af deres fluorescens i fast form gennem en proces kaldet aggregation-forårsaget slukning. Andre manglede den nødvendige porøsitet til gennemtrængning af sprængstofdampe, kun bevarer et effektivt svar, når det dannes i lag på omkring 2,5 nanometer - så tyndt, sensoren ville være meget vanskelig at fremstille billigt.

Xu og hans kolleger har udviklet polymerer, der i stedet for at miste deres lysemission i fast tilstand, blive lysere, en effekt kendt som aggregeringsinduceret emission (AIE). "Vores tidligere forskning viste, at porøse film opnået fra AIE aktive copolymerer viser en stærk reaktion på dampen af ​​nitroforbindelser, "siger Xu. Teamet har nu udviklet to nye polymerer, poly (triphenylethen) (PTriPE) og poly (tetraphenylethen) (PTPE), designet til at maksimere AIE, porøsitet og nitrogruppefølsomhed. Polymerernes flere omfangsrige phenylgrupper hjælper med at holde dem stive og maksimere lysemission efter aggregering. Men i nærvær af nitrogrupper, elektronoverførsel mellem polymer og analyt slukker hurtigt lyset.

"Papirsensorer fremstillet ved at absorbere polymernanopartiklerne på filterpapir viste høj følsomhed over for nitro-sammensatte partikler, "siger Xu. PTriPE viste sig at være parrets valg, detektering af TNT i en koncentration på fem dele pr. milliard, selv i polymerlag 1000 nanometer tykke.

"Denne teknologi kan bruges i lufthavne, havne og til grænsekontrol til påvisning af sprængstof i alle eksplosivforurenede beholdere tøj, kasser eller poser, " siger Xu. "Vi søger samarbejde med industrien for at kommercialisere denne teknologi."