I sensori sono importanti per rilevare i contaminanti e monitorare le condizioni ambientali. I sensori fluorescenti possono rivelare la presenza di un contaminante in base alla variazione dell'intensità e/o della lunghezza d'onda della luce che emettono. In particolare, i sensori fluorescenti che mostrano cambiamenti nel colore di emissione sono attraenti perché tali cambiamenti possono essere facilmente osservati ad occhio nudo, rendendoli facili da usare.

Un team di ricerca guidato dall'Università di Tsukuba ha recentemente sviluppato un efficace sensore fluorescente per i vapori di solventi. Il loro sensore si basa su una molecola ramificata chiamata dendrimero. Il dendrimero è composto da un nucleo che accetta elettroni attaccato a rami donatori di elettroni. A determinate condizioni, il dendrimero si autoassemblava in fibre che formavano una struttura cristallina contenente numerosi pori, che ha favorito l'adsorbimento delle molecole di solvente.

"La lenta diffusione di metanolo o acetonitrile in soluzioni cloroformiche del dendrimero ha prodotto microfibre cristalline con elevata porosità, " afferma Sae Nakajima. "In altre condizioni, abbiamo ottenuto microsfere amorfe del dendrimero prive di pori."

Il gruppo di ricerca ha studiato la struttura cristallina del dendrimero mediante tecniche di diffrazione, trovando che il volume dei pori della struttura in microfibra era oltre il 70% del volume totale dei cristalli. L'elevato volume dei pori delle microfibre di dendrimero cristallino ha notevolmente aumentato la loro capacità di adsorbimento di gas rispetto a quella delle sfere formate in altre condizioni.

I film del dendrimero cristallino hanno mostrato un comportamento di emissione favorevole per l'uso nel rilevamento di solventi. Quando le pellicole sono state esposte al vapore di solvente, la loro intensità di emissione è aumentata notevolmente e il loro colore di emissione è cambiato rapidamente (entro due secondi), riflettendo la polarità del solvente. Ciò significa che un singolo film potrebbe essere utilizzato per rilevare numerosi tipi di solventi. Per esempio, una pellicola appariva blu in un'immagine al microscopio a fluorescenza prima dell'esposizione al solvente e diventava gialla dopo l'introduzione di vapore acqueo o verde dopo l'aggiunta di metanolo. Il film è tornato al suo colore originale quando il vapore del solvente è stato rimosso, consentendone il riutilizzo.

"I dendrimeri in genere possiedono strutture amorfe dense. La struttura cristallina porosa formata dal nostro dendrimero in condizioni specifiche ha aumentato la sua capacità di adsorbimento e capacità di rilevamento, rivelando l'importanza della struttura cristallina nel rilevamento fluorescente da parte dei dendrimeri, " dice Yohei Yamamoto.

Questo lavoro dimostra che il rilevamento visibile del vapore di solvente può essere realizzato utilizzando dendrimeri cristallini con strutture porose. Tali dendrimeri sono promettenti per l'uso nella discriminazione di gas e materiali organici, rendendoli attraenti per le applicazioni di rilevamento ambientale.