Regenbogen und Zucker können Bilder von Frühstückszerealien der Marke Leprechaun heraufbeschwören. Aber jetzt, Forscher in ACS-Nano berichten über einen kaleidoskopähnlichen Film zur Unterscheidung verschiedener Süßstoffe, der mehrere Farben zeigte, wenn er von Hand gedehnt wurde. Wenn es mit einem einfachen Gerät gleichmäßig gedehnt wurde, verstärkte das Material die einzigartigen Verschiebungen der Fluoreszenzintensität von 14 mit einem Farbstoff markierten Zuckern, wodurch sie in Getränken und Schweißproben unterschieden werden konnten.
Süßer Geschmack in Getränken kann von vielen Zuckerarten herrühren, darunter Saccharose, Fruktose und Glukose, aber auch von selteneren wie Maltose. Es gibt auch Zucker im Schweiß der Menschen, die verfolgt werden könnten, um den Blutzucker nichtinvasiv zu überwachen. Es ist schwer zu sagen, welche Moleküle allein aufgrund des Geschmacks oder Aussehens vorhanden sind; Stattdessen werden sie normalerweise mit komplexen Methoden und ausgeklügelten Instrumenten identifiziert. Um den Nachweisprozess zu vereinfachen, verwendeten Fengyu Li und Kollegen zuvor photonische Kristalle – Polystyrol-Nanokugeln, deren Farbe sich ändert, wenn Zuckerverbindungen in der Nähe sind – in einem Farbwechsel-Chipsensor, der 12 verschiedene Zucker voneinander unterschied. Aber diese Sensoren waren nicht tragbar, also 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 dicht gepackte, geordnete Reihen von Polystyrol-Nanokügelchen in eine Folie aus Polyethylenacrylat ein. Anfangs sah das gummiartige Material rot aus, aber als es mit einer gleichmäßigen Kraft gedehnt wurde, veränderte sich seine Farbe durch den Regenbogen – rot zu rosa zu orange zu gelbgrün zu hellgrün und schließlich dunkelgrün bei einer Dehnung von 40 %. Und wenn es von Hand gezogen wurde, erzeugte das Material ein Kaleidoskop von Farben, da verschiedene Teile des Materials unterschiedliche Kräfte auf sie ausübten.
In ersten Experimenten zeigten die Forscher, dass das Dehnen des Films die Fluoreszenzsignale von 14 Zuckern, die an Farbstoffe gebunden waren, verstärkte. Diese Signale könnten dann voneinander sortiert werden. Um zu sehen, ob der Sensor dasselbe mit realen Proben leisten 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 getüpfelt, der dann gestreckt wurde, und die Fluoreszenzintensitäten wurden bei zwei verschiedenen Lichtwellenlängen gemessen. Und weil die Zucker-Farbstoff-Komplexe jeder Probe einzigartige Signale erzeugten, konnten sie voneinander unterschieden werden. Der Sensor differenzierte auch Schweißproben von sechs Personen. Basierend auf diesen Ergebnissen sagen die Forscher, dass das dehnbare, mehrfarbige Material in tragbare Geräte für die Umwelt-, klinische oder Gesundheitsüberwachung von Zucker eingebaut oder modifiziert werden könnte, um andere Substanzen zu erkennen.
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Xinyuan Xie et al, Eine Regenbogenstrukturfarbe durch dehnbaren photonischen Kristall zur Identifizierung von Sacchariden, ACS-Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.2c08708