Chimici lituani hanno sviluppato sensori di ossigeno che possono essere applicati dal packaging alimentare alla diagnostica del cancro
Sensibilità da record
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I ricercatori della Kaunas University of Technology (KTU), in Lituania, hanno sviluppato nuovi composti organici che agiscono come sensori di ossigeno altamente sensibili. Questi sensori sono in grado di rilevare con precisione anche le minime quantità di ossigeno presenti nell'ambiente, informazioni fondamentali in situazioni in cui la concentrazione di ossigeno può determinare il successo di un processo o addirittura la vita di una persona.
Dott. Matas Gužauskas.
KTU
I sensori possono essere applicati in medicina, ad esempio per diagnosticare l'ipossia tumorale, una condizione in cui l'ossigeno intorno a un tumore è quasi assente, nell'industria alimentare, per verificare se l'imballaggio ha perso la sua tenuta, e nelle biotecnologie, per monitorare con precisione i processi di coltivazione delle cellule. Inoltre, le loro prestazioni possono essere osservate a occhio nudo, mentre l'elevata sensibilità garantisce un rilevamento rapido e affidabile.
Nessun composto tossico utilizzato
"Abbiamo sviluppato due nuovi materiali che agiscono come sensori di ossigeno altamente sensibili. La loro luminescenza dipende dalla presenza di ossigeno nell'ambiente: senza di esso, la luce non solo si intensifica ma cambia anche colore, passando dal blu al verde. Questo cambiamento può essere osservato a occhio nudo, consentendo il rilevamento dell'ossigeno senza l'ausilio di apparecchiature complesse", spiega uno degli autori dell'innovazione, il dottor Matas Gužauskas.
I composti sviluppati al KTU funzionano attraverso la fosforescenza, un tipo di bagliore che si verifica a temperatura ambiente. Si tratta di una proprietà rara e molto preziosa per i composti organici, poiché la maggior parte di essi si illumina solo a temperature molto basse.
La fosforescenza si verifica quando una molecola viene eccitata ed entra in uno stato energetico speciale chiamato stato di tripletta. Da questo stato, la luce viene emessa per un tempo più lungo rispetto alla normale fluorescenza. Questa emissione di lunga durata è estremamente sensibile all'ossigeno: quando le molecole di ossigeno incontrano una molecola eccitata, ne catturano l'energia e sopprimono il bagliore.
Tradizionalmente, per ottenere la fosforescenza si utilizzano complessi di metalli pesanti come l'iridio o il platino. "Questi metalli sono molto costosi, il che aumenta notevolmente il costo del prodotto finale. Inoltre, i loro derivati sono spesso tossici e dannosi per l'ambiente. Per questi motivi, il loro utilizzo è particolarmente problematico in biologia, medicina o industria alimentare, dove la sicurezza è la massima priorità", spiega Gužauskas, ricercatore della Facoltà di Tecnologia Chimica (CTF) della KTU.
Un'alternativa, scoperta dagli scienziati del KTU, è costituita dai derivati del tiantrene. Si tratta di molecole organiche che contengono due atomi di zolfo nella loro struttura e hanno una struttura unica, piegata e non piatta. "Sono proprio gli atomi di zolfo e la struttura specifica della molecola a permetterle di emettere luce per lungo tempo", aggiunge il dottor Gužauskas.
Sensibilità da record
I composti sviluppati mostrano una sensibilità da record, come dimostrato dalla costante di Stern-Volmer. Per uno dei composti, questa costante è tra le più alte mai registrate per i sensori organici privi di metalli, consentendo di rilevare in modo affidabile e rapido anche le più piccole quantità di ossigeno.
Questa eccezionale sensibilità apre un'ampia gamma di applicazioni. "Vediamo un potenziale particolare nella medicina e siamo ansiosi di trovare partner che ci aiutino a valutare la compatibilità biologica dei materiali e a esplorarne l'uso nella ricerca sulle cellule o sui tessuti", afferma Gužauskas.
I composti potrebbero essere impiegati in sensori biomedici e strumenti di bioimmagine per monitorare cellule, tessuti o processi metabolici in tempo reale. Sono anche adatti per dispositivi di monitoraggio ambientale che misurano i livelli di ossigeno nell'acqua o nell'aria, nonché per imballaggi intelligenti nell'industria alimentare e farmaceutica, dove potrebbero testare l'integrità di un prodotto.
Inoltre, i materiali possono essere adattati per l'uso in inchiostri di sicurezza, la cui autenticità può essere verificata solo in condizioni specifiche, e in vari dispositivi optoelettronici.
Secondo i ricercatori, la sintesi di questi composti è relativamente semplice: si basa su reazioni chimiche consolidate, il che significa che una volta ottimizzate le condizioni, la produzione potrebbe essere scalata per un'applicazione più ampia.
La ricerca, condotta nell'ambito del progetto Technological and Physical Sciences Excellence Centre (TiFEC), ha coinvolto il dottor Rasa Keruckienė e lo studente di dottorato del KTU Lukas Dvilys. Secondo i ricercatori, non apre un campo completamente nuovo, ma stabilisce un nuovo standard all'interno dell'area esistente. M. Gužauskas è convinto che i risultati potrebbero gettare le basi per importanti scoperte scientifiche.
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