Detektion af opløsningsmiddeldampe med blotte øjne

Sensorer er vigtige til at detektere forurenende stoffer og overvåge miljøforhold. Fluorescerende sensorer kan afsløre tilstedeværelsen af ​​en kontaminant i henhold til ændringen i lysets intensitet og/eller bølgelængde. I særdeleshed, fluorescerende sensorer, der viser ændringer i emissionsfarve, er attraktive, fordi sådanne ændringer let kan observeres med det blotte øje, gør dem lette at bruge.

Et forskerhold ledet af University of Tsukuba har for nylig udviklet en effektiv fluorescerende sensor til opløsningsmiddeldampe. Deres sensor er baseret på et forgrenet molekyle kaldet en dendrimer. Dendrimeren er sammensat af en elektron-accepterende kerne knyttet til elektrondonerende grene. Under visse betingelser, dendrimeren selvsamlet til fibre, der dannede en krystallinsk ramme indeholdende adskillige porer, som hjalp adsorption af opløsningsmiddelmolekyler.

"Langsom diffusion af methanol eller acetonitril i chloroformopløsninger af dendrimeren gav krystallinske mikrofibre med høj porøsitet, " siger Sae Nakajima. "Under andre betingelser, vi opnåede amorfe mikrosfærer af dendrimeren, der mangler porer."

Forskergruppen undersøgte krystalstrukturen af ​​dendrimeren ved diffraktionsteknikker, fandt, at mikrofiberstrukturens porevolumen var over 70% af det totale krystalvolumen. Det høje porevolumen af ​​de krystallinske dendrimermikrofibre øgede i høj grad deres gasadsorptionskapacitet i forhold til sfærerne dannet under andre betingelser.

Film af den krystallinske dendrimer udviste gunstig emissionsadfærd til brug i opløsningsmiddelføling. Da filmene blev udsat for opløsningsmiddeldamp, deres emissionsintensitet steg betydeligt, og deres emissionsfarve ændrede sig hurtigt (inden for to sekunder), afspejler opløsningsmidlets polaritet. Det betyder, at en enkelt film kan bruges til at detektere adskillige typer opløsningsmidler. For eksempel, en film så blå i et fluorescensmikroskopibillede før opløsningsmiddeleksponering og blev gul efter indføring af vanddamp eller grøn efter methanoltilsætning. Filmen vendte tilbage til sin oprindelige farve, da opløsningsmiddeldampen blev fjernet, så det kan genbruges.

"Dendrimerer har typisk tætte amorfe strukturer. Den porøse krystallinske struktur dannet af vores dendrimer under specifikke forhold øgede dens adsorptionskapacitet og sanseevne, afslører betydningen af ​​krystallinsk struktur ved fluorescerende sansning af dendrimerer, "siger Yohei Yamamoto.

Dette arbejde viser, at den synlige sansning af opløsningsmiddeldamp kan realiseres ved hjælp af krystallinske dendrimerer med porøse strukturer. Sådanne dendrimerer viser lovende anvendelse til at skelne mellem gasser og organiske materialer, hvilket gør dem attraktive til miljømålingsapplikationer.