Das alte Sprichwort „Die Dosis macht das Gift“ gilt auch für ultraviolettes (UV-)Licht. UV-Licht ist nicht nur für die Vitamin-D-Produktion unerlässlich, sondern auch für die Phototherapie, mehrere industrielle Prozesse und das Pflanzenwachstum. Es hat auch schädliche Auswirkungen wie vorzeitige Hautalterung und Krebs.
Die positiven oder schädlichen Auswirkungen von UV-Licht hängen unter anderem von der abgegebenen UV-Dosis ab. Mit dem Aufkommen der Point-of-Care-Technologie und des Internets der Dinge steigt die Nachfrage nach Echtzeitüberwachung von Umweltvariablen, die unsere Gesundheit beeinflussen. Die bestehenden optischen UV-Sensortechnologien basieren jedoch auf Materialien mit eingeschränkter Flexibilität oder auf teuren und zerbrechlichen (wissenschaftlichen) Geräten.
Um diese Lücke zu schließen, haben Forscher unter der Leitung von Prof. Bora Ung an der École de Technologie Supérieure (ÉTS) in Kanada eine neue gummiartige optische Faser zur UV-Erkennung hergestellt. Die Arbeit mit dem Titel „Neuartiger elastomerer, mit Spiropyran dotierter optischer Poly(dimethylsiloxan)-Wellenleiter zur UV-Erkennung“ wurde veröffentlicht In Grenzen der Optoelektronik.
Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher Polydimethylsiloxan (PDMS) – einen äußerst flexiblen, dehnbaren und biokompatiblen Kunststoff –, das mit einem organischen Farbstoff dotiert war, der als molekularer Schalter fungiert und PDMS auf UV-Licht reagieren lässt.
Die Molekülstruktur des organischen Farbstoffs Spiropyran erfährt durch UV-Bestrahlung eine reversible Transformation, die zu Veränderungen der optischen Eigenschaften der PDMS-Verbindung führt. Diese Veränderungen können mit handelsüblichen LED-/Laserquellen und Photodioden gemessen werden.
Sobald die UV-Bestrahlung endet, nimmt das Material seine ursprünglichen Eigenschaften wieder an, ähnlich wie ein Schalter, und kann viele Male wiederverwendet werden. Die Forscher erwarten, dass es sich in intelligente Textilien und tragbare Geräte zur kontinuierlichen Überwachung der UV-Dosis integrieren lässt und dabei die Vorteile optischer Sensoren nutzt, wie etwa die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen und Korrosion.
Die Erkenntnisse stellen einen wichtigen Schritt in der Forschung auf dem Gebiet der Elastomeroptik, intelligenter optischer Materialien und optischer Polymerwellenleitersensoren dar.
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Camila Aparecida Zimmermann et al., Neuartiger elastomerer, mit Spiropyran dotierter optischer Wellenleiter aus Poly(dimethylsiloxan) für die UV-Sensorik, Grenzen der Optoelektronik (2024). DOI: 10.1007/s12200-024-00124-4
Zur Verfügung gestellt von Frontiers Journals