Les capteurs sont importants pour détecter les contaminants et surveiller les conditions environnementales. Les capteurs fluorescents peuvent révéler la présence d'un contaminant en fonction du changement d'intensité et/ou de longueur d'onde de la lumière qu'ils émettent. En particulier, les capteurs fluorescents qui affichent des changements de couleur d'émission sont attrayants car de tels changements peuvent être facilement observés à l'œil nu, les rendant faciles à utiliser.

Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Tsukuba a récemment mis au point un capteur fluorescent efficace pour les vapeurs de solvant. Leur capteur est basé sur une molécule ramifiée appelée dendrimère. Le dendrimère est composé d'un noyau accepteur d'électrons attaché à des branches donneuses d'électrons. Sous certaines conditions, le dendrimère s'est auto-assemblé en fibres formant une charpente cristalline contenant de nombreux pores, qui a facilité l'adsorption des molécules de solvant.

"La diffusion lente du méthanol ou de l'acétonitrile dans des solutions chloroformiques du dendrimère a donné des microfibres cristallines à haute porosité, " déclare Sae Nakajima. " Sous d'autres conditions, nous avons obtenu des microsphères amorphes du dendrimère dépourvues de pores."

Le groupe de recherche a étudié la structure cristalline du dendrimère par des techniques de diffraction, constatant que le volume des pores de la structure en microfibres était supérieur à 70 % du volume cristallin total. Le volume poreux élevé des microfibres dendrimères cristallines a considérablement augmenté leur capacité d'adsorption de gaz par rapport à celle des sphères formées dans d'autres conditions.

Les films du dendrimère cristallin ont affiché un comportement d'émission favorable pour une utilisation dans la détection de solvant. Lorsque les films ont été exposés à la vapeur de solvant, leur intensité d'émission a considérablement augmenté et leur couleur d'émission a rapidement changé (en moins de deux secondes), reflétant la polarité du solvant. Cela signifie qu'un seul film pourrait être utilisé pour détecter de nombreux types de solvants. Par exemple, un film est apparu bleu sur une image de microscopie à fluorescence avant exposition au solvant et est devenu jaune après introduction de vapeur d'eau ou vert après addition de méthanol. Le film a retrouvé sa couleur d'origine lorsque la vapeur de solvant a été éliminée, permettant sa réutilisation.

"Les dendrimères possèdent généralement des structures amorphes denses. La structure cristalline poreuse formée par notre dendrimère dans des conditions spécifiques a augmenté sa capacité d'adsorption et sa capacité de détection, révélant l'importance de la structure cristalline dans la détection fluorescente par les dendrimères, " dit Yohei Yamamoto.

Ce travail démontre que la détection visible de la vapeur de solvant peut être réalisée en utilisant des dendrimères cristallins avec des structures poreuses. Ces dendrimères sont prometteurs pour une utilisation dans la discrimination des gaz et des matières organiques, ce qui les rend attrayants pour les applications de détection environnementale.