Sensorer är viktiga för att upptäcka föroreningar och övervaka miljöförhållanden. Fluorescerande sensorer kan avslöja närvaron av en förorening beroende på förändringen av ljusets intensitet och/eller våglängd. Särskilt, fluorescerande sensorer som visar förändringar i emissionsfärgen är attraktiva eftersom sådana förändringar lätt kan observeras med blotta ögat, gör dem enkla att använda.

Ett forskargrupp som leds av University of Tsukuba har nyligen utvecklat en effektiv fluorescerande sensor för lösningsmedelsånga. Deras sensor är baserad på en grenad molekyl som kallas en dendrimer. Dendrimeren består av en elektronmottagande kärna fäst vid elektrondonerande grenar. Under vissa förutsättningar, dendrimeren självmonterad till fibrer som bildade ett kristallint ramverk som innehåller många porer, vilket hjälpte adsorption av lösningsmedelsmolekyler.

"Långsam diffusion av metanol eller acetonitril i kloroformlösningar av dendrimeren gav kristallina mikrofiber med hög porositet, "säger Sae Nakajima." Under andra förhållanden, vi erhöll amorfa mikrosfärer av dendrimer som saknar porer. "

Forskargruppen undersökte kristallstrukturen för dendrimer genom diffraktionsteknik, fann att porvolymen för mikrofiberstrukturen var över 70% av den totala kristallvolymen. Den höga porvolymen hos de kristallina dendrimermikrofibrerna ökade kraftigt deras gasadsorptionskapacitet jämfört med sfären som bildades under andra förhållanden.

Filmer av den kristallina dendrimeren uppvisade gynnsamt utsläppsbeteende för användning vid lösningsmedelsavkänning. När filmerna utsattes för lösningsmedelsånga, deras utsläppsintensitet ökade avsevärt och deras utsläppsfärg ändrades snabbt (inom två sekunder), som återspeglar lösningsmedlets polaritet. Detta innebär att en enda film kan användas för att detektera många typer av lösningsmedel. Till exempel, en film visade sig blå i en fluorescensmikroskopibild före exponering för lösningsmedel och blev gul efter introduktion av vattenånga eller grön efter tillsats av metanol. Filmen återvände till sin ursprungliga färg när lösningsmedelsångan togs bort, så att den kan återanvändas.

"Dendrimerer har typiskt täta amorfa strukturer. Den porösa kristallina strukturen som bildas av vår dendrimer under specifika förhållanden ökade dess adsorptionskapacitet och avkänningsförmåga, avslöjar vikten av kristallin struktur vid fluorescerande avkänning av dendrimerer, "säger Yohei Yamamoto.

Detta arbete visar att den synliga avkänningen av lösningsmedelsånga kan realiseras med kristallina dendrimerer med porösa strukturer. Sådana dendrimerer visar löfte för användning vid diskriminering av gaser och organiska material, gör dem attraktiva för miljöavkänningstillämpningar.