02.12.2022 - American Chemical Society (ACS)

Unterscheidung von Zuckern mit auffälliger und dehnbarer Regenbogenfolie

Bei Regenbogen und Zucker denkt man vielleicht an ein bestimmtes Frühstücksmüsli mit der Marke "Leprechau ". Doch jetzt berichten Forscher in ACS Nano über eine kaleidoskopartige Folie zur Unterscheidung verschiedener Süßstoffe, die mehrere Farben zeigt, wenn sie von Hand gedehnt wird. Wenn das Material mit einer einfachen Vorrichtung gleichmäßig gedehnt wurde, verstärkte es die einzigartigen Veränderungen der Fluoreszenzintensität von 14 mit einem Farbstoff markierten Zuckern und ermöglichte so die Unterscheidung zwischen ihnen in Getränken und Schweißproben.

Der süße Geschmack in Getränken kann von vielen Zuckerarten herrühren, darunter Saccharose, Fruktose und Glukose, aber auch von weniger verbreiteten Zuckerarten wie Maltose. Auch im Schweiß der Menschen gibt es Zucker, der aufgespürt werden könnte, um den Blutzucker nichtinvasiv zu überwachen. Welche Moleküle vorhanden sind, lässt sich nur schwer allein anhand des Geschmacks oder des Aussehens feststellen; stattdessen werden sie in der Regel mit komplexen Methoden und hochentwickelten Instrumenten identifiziert. Um den Erkennungsprozess zu vereinfachen, haben Fengyu Li und Kollegen zuvor photonische Kristalle - Nanokugeln aus Polystyrol, deren Farbe sich ändert, wenn Zuckerverbindungen in der Nähe sind - in einem farbwechselnden Chip-Sensor verwendet, der 12 verschiedene Zucker voneinander unterscheiden konnte. Da diese Sensoren jedoch nicht tragbar waren, wollten Li, Chunbao Li und ein neues Team photonische Kristalle in eine dehnbare, leicht zu tragende Folie einbauen und sehen, ob die regenbogenfarbene Plattform auch Zucker erkennen und unterscheiden kann.

Die Forscher betteten eng gepackte, geordnete Reihen von Polystyrol-Nanokugeln in eine Folie aus Polyethylacrylat ein. Zunächst sah das gummiartige Material rot aus, doch wenn es mit gleichmäßiger Kraft gedehnt wurde, änderte sich seine Farbe durch den Regenbogen - von rot zu rosa zu orange zu gelb-grün zu hellgrün und schließlich zu dunkelgrün bei einer Dehnung von 40 %. Und wenn man mit der Hand daran zog, erzeugte das Material ein Kaleidoskop von Farben, da auf verschiedene Teile des Materials unterschiedliche Kräfte wirkten.

In ersten Experimenten zeigten die Forscher, dass das Dehnen der Folie die Fluoreszenzsignale von 14 Zuckern, die mit Farbstoffen verbunden waren, verstärkte. Diese Signale konnten dann voneinander getrennt werden. Um zu sehen, ob der Sensor dasselbe mit realen Proben tun kann, mischten sie sechs handelsübliche Getränke mit dem Farbstoff Alizarinrot S-2-Diphenylboronsäure-2-Aminoethylester, wodurch fluoreszierende Komplexe entstanden. Lösungen mit diesen Komplexen wurden auf den Film getupft, der dann gedehnt wurde, und die Fluoreszenzintensitäten wurden bei zwei verschiedenen Lichtwellenlängen gemessen. Da die Zucker-Farbstoff-Komplexe jeder Probe einzigartige Signale erzeugten, konnten sie voneinander unterschieden werden. Der Sensor konnte auch die Schweißproben von sechs Personen unterscheiden. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse könnten die Forscher sagen, dass das dehnbare, mehrfarbige Material in tragbare Geräte für die Umwelt-, klinische oder Gesundheitsüberwachung von Zucker integriert oder für den Nachweis anderer Substanzen modifiziert werden könnte.

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