Sensoren zijn belangrijk voor het detecteren van verontreinigingen en het bewaken van omgevingscondities. Fluorescerende sensoren kunnen de aanwezigheid van een verontreiniging onthullen op basis van de verandering van de intensiteit en/of golflengte van het licht dat ze uitzenden. Vooral, fluorescerende sensoren die veranderingen in emissiekleur weergeven, zijn aantrekkelijk omdat dergelijke veranderingen gemakkelijk met het blote oog kunnen worden waargenomen, waardoor ze gemakkelijk te gebruiken zijn.

Een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Tsukuba heeft onlangs een effectieve fluorescerende sensor voor oplosmiddeldamp ontwikkeld. Hun sensor is gebaseerd op een vertakt molecuul dat een dendrimeer wordt genoemd. Het dendrimeer bestaat uit een elektronen-accepterende kern bevestigd aan elektronendonerende takken. Onder bepaalde omstandigheden, het dendrimeer zelf geassembleerd tot vezels die een kristallijn raamwerk vormden met talrijke poriën, die de adsorptie van oplosmiddelmoleculen hielp.

"Langzame diffusie van methanol of acetonitril in chloroformoplossingen van het dendrimeer leverde kristallijne microvezels op met een hoge porositeit, ", zegt Sae Nakajima. "Onder andere voorwaarden, we verkregen amorfe microsferen van het dendrimeer zonder poriën."

De onderzoeksgroep onderzocht de kristalstructuur van het dendrimeer met behulp van diffractietechnieken, vond dat het porievolume van de microvezelstructuur meer dan 70% van het totale kristalvolume was. Het hoge poriënvolume van de kristallijne dendrimeermicrovezels verhoogde hun gasadsorptiecapaciteit aanzienlijk ten opzichte van die van de onder andere omstandigheden gevormde bollen.

Films van het kristallijne dendrimeer vertoonden een gunstig emissiegedrag voor gebruik bij het detecteren van oplosmiddelen. Wanneer de films werden blootgesteld aan oplosmiddeldamp, hun emissie-intensiteit nam aanzienlijk toe en hun emissiekleur veranderde snel (binnen twee seconden), weerspiegelt de polariteit van het oplosmiddel. Dit betekent dat een enkele film kan worden gebruikt om talloze soorten oplosmiddelen te detecteren. Bijvoorbeeld, een film verscheen blauw in een fluorescentiemicroscopiebeeld vóór blootstelling aan oplosmiddel en werd geel na introductie van waterdamp of groen na toevoeging van methanol. De film keerde terug naar zijn oorspronkelijke kleur toen de oplosmiddeldamp werd verwijderd, waardoor het opnieuw kan worden gebruikt.

"Dendrimeren hebben typisch dichte amorfe structuren. De poreuze kristallijne structuur gevormd door ons dendrimeer onder specifieke omstandigheden verhoogde zijn adsorptiecapaciteit en detectievermogen, onthullen het belang van kristallijne structuur in fluorescerende detectie door dendrimeren, ' zegt Yohei Yamamoto.

Dit werk toont aan dat de zichtbare detectie van oplosmiddeldamp kan worden gerealiseerd met behulp van kristallijne dendrimeren met poreuze structuren. Dergelijke dendrimeren zijn veelbelovend voor gebruik bij het onderscheiden van gassen en organische materialen, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor toepassingen met omgevingsdetectie.