09/02/2017 - Sie entwickeln ein neues Material, das als Sensor verwendet werden kann und auf verschiedene Reize wie Fluoreszenz reagiert

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Forscher Institut für Physik der UPV/EHU Sie haben ein neues Material entwickelt, das als Sensor nützlich sein kann, da seine Komponenten auf verschiedene Reize wie z.B. Fluoreszenz.

Erlanz Lizundia, ein Forscher der Abteilung für Physik der UPV/EHU, und Experte für Cellulose, begann die Forschung in einem Aufenthalt in Kanada. Die Forschungsgruppe, in der sie tätig war, hat sich auf die Organisation eines aus der Cellulose gewonnenen Produkts, der aus der Cellulose gewonnen wurde, spezialisiert. Nanokristalle aus Cellulose (CNC) Unter bestimmten Bedingungen können die Kristalle durch die Anordnung der Kristalle in geordneten Schichten eine glitschige Form oder eine ähnliche Form annehmen: "Je nach dem Abstand zwischen den Schichten von Nanoglaszellen, die den Propeller bilden, oder der nematischen Chiralstruktur hat die Membran eine andere Farbe. Es gibt eine Wechselwirkung zwischen Struktur und Licht, und als Folge ändert die Wellenlänge des Lichts, und es werden lebendige Materialien hergestellt," erklärt Lizundia. Diese Fähigkeit, die Farbe der Struktur zu ändern, "kann sehr nützlich sein, um diese Membranen als Sensoren zu verwenden; z.B. wenn man sie in eine feuchte Umgebung setzt, wird die Struktur anschwellen und den Abstand zwischen den Schichten vergrößern und die Farbe verändern," fügt er hinzu. Dieser Effekt ist als strukturelle Farbe bekannt und ist in der Natur sehr verbreitet. Die Farbe von vielen Tieren (Schlangen, Chamäleonen) und Pflanzen ist eine direkte Folge ihrer supramolekularen Struktur, und es ist nicht verbunden, gegen das, was man denken könnte, mit dem Vorhandensein von Pigmenten.

Lizundia wollte einen Schritt weiter gehen als das, was sie in Kanada gelernt hatte, und dachte daran, andere funktionelle Nanopartikel in diese nematische Chiralstruktur zu integrieren, Teilchen, die ihre Eigenschaften gegen äußere Reize verändern. Er wählte die so genannten Kohlen-Nanopunkte (Carbon dot auf Englisch), weil sie fluoreszierend sind, d.h. sie mit ultraviolettem Licht erregten Farbe ausstrahlen, und weil er sie mit Hilfe von Zuckerrohstoffen erreichen konnte: "Ich habe diese Nanopartikel durch eine hydrothermale Behandlung von Glukose unter Verwendung von Wasser und Wärme und durch einen schnellen und kostengünstigen Prozess erreicht," so der Forscher.

Das Endmaterial weist die Eigenschaften auf, die Lizundia suchte: Einerseits ist es "umweltfreundlich, da es nicht giftig ist und seine Rohstoffe nachwachsen und der Syntheseprozess schnell, einfach und skalierbar ist. Darüber hinaus wird das Material mit interessanten Eigenschaften durch das fluoreszierende Material begabt, um als Sensor verwendet zu werden," konkret Lizundia.

Geeignet als Metallsensoren und als Biobild

Die Einführung von Kohlenstoffpunkten in die nematische Chiralstruktur der Zellglas-Nanokristalle macht dieses Material besonders geeignet als Detektor für das Vorhandensein von Eisen, so dass, wie Lizundia erklärt, "es sehr nützlich ist, um die Umweltverschmutzung oder das Vorhandensein von Metallen im Körper zu erkennen. Ich studierte insbesondere die Reaktion des Materials auf Zink und Eisen, da es beide sowohl in Umwelt- als auch in biologischem Bereich sehr zahlreich waren. Ich konnte feststellen, dass die Wechselwirkung von Metallionen mit Kohlenstoffnanopartikeln die Fluoreszenz von Nanopartikeln beeinflusst. In Anwesenheit von Eisen, verringert seine Fluoreszenz, und in Anwesenheit von Zink, jedoch, erhöht."

Eine weitere mögliche Anwendung dieses Materials kann sein, dass es verwendet wird, um Biobilder zu bilden. Bei der Untersuchung konnte Lizundia nur beweisen, dass sie diese Möglichkeit tatsächlich bietet. "Ich werde in Kürze eine Untersuchung in Gang setzen, um dieses Thema zu vertiefen und diese Nanopartikel für die Schaffung von Biobildern zu verwenden." Das Biobild besteht darin, Bilder durch nichtinvasive Methoden biologischer Prozesse wie Zellprozesse zu erstellen und die Interaktion zwischen Molekülen in Echtzeit an dem Ort zu messen, an dem diese Interaktionen stattfinden.

Weitere Informationen

Der Forscher der UPV/EHU Erlanz Lizundia hat seine Forschungsarbeiten in Zusammenarbeit mit der Universität British Columbia (UBC) in Kanada und mit der kanadischen FPInnovationen durchgeführt. Zu jener Zeit war Lizundia Forscher des Physikministeriums in Leioa. Er ist jetzt ein Dozent in der Abteilung für Grafikausdruck und Ingenieurprojekte an der School of Engineering in Bilbao.

Bibliographische Referenz

E. Lizundia, T.D. Nguyen, J. L. Vilas, W. Y. Hamad, M. J. MacLachlan.. Chiroptical luminescent nanostructured cellulose films. Materials Chemistry Frontiers. 2016. DOI: 10.1039/C6QM00225K.

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Bild: Syntheseprozess des neuen Materials. Foto: Erlanz Lizundia (UPV/EHU)

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