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Analytik: Verschränkte Gitter zeigen Luftschadstoffe an

Verschränkte GitterLaden...
Ein internationales Team von Chemikern hat ein Material entwickelt, das Schadstoffe anhand ihrer chemischen Eigenschaften unterscheiden und anzeigen kann. Wenn sich aromatische Kohlenwasserstoffe in die Struktur einlagern, erzeugen sie abhängig von ihrer Struktur ein farbiges Licht, durch das man das Molekül eindeutig identifizieren kann. Die Forscher um Susumu Kitagawa von der Japan Science and Technology Agency synthetisierten dazu ein poröses Gitter, das aus zwei ineinander verschränkten und gegeneinander verschiebbaren Untergittern besteht. Dadurch können die Poren des Materials je nach Gastmolekül Form und Größe verändern und eine große Bandbreite von Stoffen binden.

Verschränkte GitterLaden...
Verschränkte Gitter | Die ineinander verschränkten Gitter verschieben sich gegeneinander und können so die Größe ihrer Poren an Gastmoleküle anpassen.
Die Technik erinnert an das Konzept der "elektronischen Nase", in der eine begrenzte Anzahl von Sensoren ein Muster erzeugt, das im Sinne eines "Geruchs" interpretiert wird. Dieses Vorgehen steht im Gegensatz zur klassischen Detektion, in der ein Sensor für einen einzelnen Stoff spezifisch ist wie ein Antikörper zum Antigen und auch nur in dessen Gegenwart ein Signal erzeugt. Der Nachteil dabei ist, dass jeder Stoff seinen eigenen Sensor braucht. Der Detektor von Kitagawa und Kollegen dagegen kann potenziell eine große Bandbreite von Stoffen gleichzeitig anzeigen und bietet sich deswegen für tragbare Detektorsysteme an, bei denen es weniger auf Präzision als auf Einfachheit ankommt.

Die Sensorwirkung des Molekülgitters basiert auf den Eigenschaften des Moleküls Naphthalindiimid (NDI), das in die Struktur der verschränkten Gitter eingebaut ist. Das NDI enthält zwei aromatische Ringe, an die sich die ebenfalls aromatischen Gastmoleküle anlagern. Der so entstandene Komplex leuchtet nach Anregung mit UV-Licht farbig. Die Farbe dieser Lumineszenz hängt empfindlich davon ab, welche chemischen Gruppen am aromatischen Ring des Gastmoleküls hängen – auf diese Weise erzeugen die Kohlenwasserstoffe Benzol, Toluol oder Xylol unterschiedliche Lichtfarben, die ein Detektor messen kann. (lf)

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  • Quellen
Nature Communications 10.1038/ncomms1170, 2011

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