Bombplaner skulle kunna motverkas med hjälp av ett bärbart system för att upptäcka spår av högsprängämnen med hjälp av fluorescerande polymer -nanopartiklar, utvecklad av A*STAR. Bestruken på papper, dessa polymerer uppvisar en explosiv detekteringsprestanda som är mycket mer robust än tidigare material med liknande egenskaper.

Många metoder har utvecklats för att upptäcka spår av explosiva ämnen som trinitrotoluen (TNT), men de flesta kräver stora, laboratoriebaserade analysinstrument som UV-absorptionsdetektorer eller masspektrometrar, säger Jianwei Xu från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, som ledde arbetet. "Vi hade som mål att utveckla en bärbar, snabbt, billigt och mycket känsligt alternativ."

Xu fokuserade på fluorescerande polymerer vars ljusemission dämpas när de utsätts för ångor från molekyler som TNT som innehåller "nitro-grupper" - den kväverika strukturen som ger höga sprängämnen deras energetiska egenskaper.

Även om explosivdetekterande fluorescerande polymerer har utvecklats tidigare, det har funnits hinder för deras praktiska användning, Xu förklarar. Vissa förlorade en del av sin fluorescens i fast form genom en process som kallas aggregationsorsakad släckning. Andra saknade den nödvändiga porositeten för inträngning av explosiva ämnen, behåller bara ett effektivt svar när det bildas i lager på cirka 2,5 nanometer – så tunt, sensorn skulle vara mycket svår att tillverka billigt.

Xu och hans kollegor har utvecklat polymerer som, snarare än att förlora sin ljusemission i fast tillstånd, bli ljusare, en effekt som kallas aggregation-induced emission (AIE). "Vår tidigare forskning visade att porösa filmer erhållna från AIE aktiva sampolymerer visar ett starkt svar på ångan av nitroföreningar, " säger Xu. Teamet har nu utvecklat två nya polymerer, poly(trifenyleten) (PTriPE) och poly (tetrafenyleten) (PTPE), designad för att maximera AIE, porositet och nitrogruppkänslighet. Polymerernas flera skrymmande fenylgrupper hjälper till att hålla dem styva och maximera ljusemissionen efter aggregering. Men i närvaro av nitrogrupper, elektronöverföring mellan polymer och analyt släcker snabbt ljuset.

"Papperssensorer tillverkade genom att absorbera polymernanopartiklarna på filterpapper visade hög känslighet för nitrosammansatta partiklar, " säger Xu. PTriPE visade sig vara valet av paret, detektera TNT i en koncentration av fem delar per miljard, även i polymerskikt 1000 nanometer tjocka.

"Denna teknik kan användas på flygplatser, hamnar och för gränskontroll för att upptäcka sprängämnen i eventuella explosiva förorenade behållare, Kläder, lådor eller påsar, " säger Xu. "Vi söker samarbete med industrin för att kommersialisera denna teknik."