Handlicher Stift leuchtet bei verdorbenen Lebensmitteldämpfen

15.02.2021 - USA

Die Exposition gegenüber einigen geruchs-, farb- und geschmacklosen Gasen, wie z. B. Nervenkampfstoffen, kann giftig oder sogar tödlich sein. Und die Fähigkeit, andere Arten von Dämpfen zu erkennen, könnte Menschen davor bewahren, verdorbene oder verfaulte Lebensmittel zu essen. Einfach zu bedienende, tragbare Geräte könnten daher einen großen Beitrag zum Schutz der Bevölkerung leisten. Jetzt haben Forscher, die in ACS Materials Letters berichten, einen stiftähnlichen Sensor entwickelt, der seine Farbe ändert, wenn er schädlichen Gasen ausgesetzt wird.

Viele giftige Dämpfe wie giftige Nervenkampfstoffe oder flüchtige Amine, die von verdorbenen Lebensmitteln freigesetzt werden, kann der Mensch nicht wahrnehmen, daher wäre ein Sensor, der die sehr geringen Konzentrationen dieser Gase wahrnehmen kann, sehr nützlich. Sensoren auf Fluoreszenzbasis sind eine potenzielle Lösung, da sie kostengünstig sind und Spurenmengen von Verbindungen aufzeigen können. Allerdings verklumpen einige fluoreszierende Verbindungen, sobald sie mit Gasen reagieren, was ihre Intensität verringert, und sie können komplexe Herstellungsprozesse erfordern. Andere Fluorophore erzeugen jedoch intensiveres Licht, wenn sie verklumpen - Aggregations-induzierte Emissionsfluorogene (AIEgens). Die meisten der derzeitigen Nachweismethoden, die AIEgens verwenden, sind flüssigkeitsbasiert und erfordern, dass die Gase vor der Analyse in Lösung gebracht werden, und sind nicht leicht zu transportieren. Daher wollten Zhe Jiao, Pengfei Zhang, Haitao Feng, Ben Zhong Tang und Kollegen AIEgens so anpassen, dass sie in eine nadeldünne Faser integriert werden können, um ein tragbares Gerät zu schaffen, dessen Spitze sich bei Anwesenheit eines bestimmten Gases einschaltet".

Die Forscher entwickelten zwei AIEgen-basierte "handliche Stifte", einen für die Identifizierung des Nervenkampfstoffs Diethylchlorophosphit (DCP) und den anderen für Amine, die durch verrottende Lebensmittel entstehen. Zunächst beschichteten sie Siliziumdioxid-Polymerfasern mit einer dünnen Sol-Gel-Schicht, um AIEgen zu immobilisieren. Als nächstes fügten sie ein AIEgen, das die Farbe ändert, wenn es mit DCP reagiert, auf einem Satz Fasern hinzu, und ein AIEgen, das mit Aminen reagiert, auf einem anderen Satz. Die beschichteten Fasern wurden dann an das Ende eines stiftähnlichen Geräts mit einer UV-Lichtquelle im Inneren angebracht. Die Spitze des DCP-Sensors wechselte innerhalb von 30 Minuten nach der Exposition mit DCP von einer gelben Fluoreszenz zu einer blauen. Die Spitze des Aminsensors hatte zunächst eine milde blaugraue Farbe, aber sie erzeugte innerhalb von fünf Minuten ein lebhaftes gelbes Licht, als sie flüchtigen Amindämpfen ausgesetzt wurde. Beide Sensoren kehrten zu ihrem ursprünglichen Farbton zurück, wenn sie neutralisierenden Dämpfen ausgesetzt wurden, was zeigt, dass sie reversibel sind. Schließlich benutzte das Team den auf Amine reagierenden handlichen Stift, um zwischen einer Lachsprobe, die gekühlt worden war, und einer, die 48 Stunden lang bei Raumtemperatur gelagert worden war, zu unterscheiden. Die Forscher sagen, dass andere handliche Stifte leicht entwickelt werden könnten, indem verschiedene dampfempfindliche AIEgens verwendet werden, die in der Lebensmittelsicherheit, der Umweltüberwachung oder in Anwendungen der öffentlichen Sicherheit eingesetzt werden könnten.

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