Das Geheimnis der Kohlenstoffnanoröhren-Fluoreszenz: Fortschritte in der Biosensor-Technologie entschlüsselt

BerlinForscher haben herausgefunden, warum Kohlenstoffnanoröhren aufleuchten, wenn sie sich an bestimmte Moleküle binden. Diese Nanoröhren könnten in Biosensoren zur Überwachung des Blutzuckers und zum Testen auf COVID-19 äußerst nützlich sein. Der entscheidende Faktor ist Wasser. Wenn Nanoröhren auf Zielmoleküle treffen, strahlen sie Licht aus, dessen Intensität je nach Menge der vorhandenen Substanz variiert. Diese Entdeckung gelang Teams der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland und der University of Texas at El Paso.

Kernpunkte der Studie:

• Graphen-basierte Nanoröhren dienen als Biosensoren und ändern ihre Fluoreszenz bei der Bindung an bestimmte Moleküle.
• Studien mit Terahertz-Spektroskopie haben die wichtige Rolle des Wassers bei dieser Fluoreszenz aufgezeigt.
• Die Hydrathülle, also die Wassermoleküle, die die Nanoröhren umgeben, ist entscheidend für den Emissionsprozess.

Einwandige Kohlenstoffnanoröhren können mit Biopolymeren oder DNA-Fragmenten modifiziert werden, um gezielt bestimmte Moleküle anzusprechen. Dies macht sie nützlich für den Nachweis von Neurotransmittern und anderen biologischen Markern. Die Methode zur Detektion war zuvor unklar, doch diese Studie bringt Klarheit.

Die Entdeckung zeigt, dass die Wechselwirkung von Kohlenstoffnanoröhren mit dem umgebenden Wasser von großer Bedeutung ist. Wenn eine Nanoröhre sich an eine andere Substanz bindet, verändert sich ihre innere Energie und interagiert mit den nahegelegenen Wassermolekülen. Diese Energieinteraktion beeinflusst die Intensität der Fluoreszenz der Nanoröhre. Wird die Nanoröhre heller, gibt sie weniger Energie an das Wasser ab. Wird sie dunkler, gibt sie mehr Energie an das Wasser ab.

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Die Studie verwendete Terahertz-Spektroskopie, wodurch Wissenschaftler den Energiefluss beobachten konnten. Diese Methode zeigte die bedeutende Rolle von Wasser und konzentrierte sich auf das Umfeld um die Nanoröhre anstelle der Nanoröhre selbst. Diese Erkenntnisse tragen zur Entwicklung verbesserter Biosensoren bei.

Forscher glauben, dass das Verständnis dieser Wechselwirkung zur Entwicklung besserer Biosensoren beitragen kann. Künftige Biosensoren können durch Berücksichtigung dieser Hydrathüllen-Interaktion effizienter und zuverlässiger gestaltet werden. Dies ist besonders wichtig für medizinische Tests und biochemische Untersuchungen, bei denen Genauigkeit und Empfindlichkeit von größter Bedeutung sind.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die VolkswagenStiftung und die National Science Foundation haben die Studie finanziert. Diese Zusammenarbeit verdeutlicht, wie wichtig es ist, verschiedene Disziplinen zu vereinen, um wissenschaftliche Erkenntnisse zu erweitern. Forschern bietet sich nun die Möglichkeit, die Technologie von Biosensoren zu verbessern, was die Art und Weise, wie wir medizinische Zustände überwachen und diagnostizieren, revolutionieren könnte.