Im Zentrum des Projekts Stimuli-responsive Rotaxane als eine neue schaltbare molekulare Plattform für ratiometrische elektrochemolumineszente Sensoren steht ein neues Konzept zur Detektion von Analyten, d.h. chemischen Stoffen, die in einer Probe erkannt und gemessen werden sollen. Die Arbeitsgruppe des Chemikers Prof. Dr. Jochen Niemeyer von der Universität Duisburg-Essen (UDE) bringt ihre Erfahrung in der supramolekularen Chemie und mit Rotaxanen ein. Diese mechanisch verzahnten Moleküle sind unzertrennlich, aber nicht starr verbunden als Ring auf einer beidseits geschlossenen Achse.
Kolleg:innen der Kyung Hee University in Seoul (Südkorea) ergänzen Niemeyers Expertise mit elektroanalytischer Chemie und Elektrochemolumineszenz (ECL). Bei der ECL entsteht Licht, wenn eine Reaktion an einer Elektrode abläuft. Dieses Licht soll künftig anzeigen, ob und in welcher Menge ein Zielstoff vorhanden ist.
Dazu statten die Forschenden Rotaxane mit Luminophoren aus, winzigen leuchtenden Bausteinen: Bindet ein Analyt, verändert das Molekül seine Form und die Intensität des ausgesandten Lichts verändert sich. Aus der parallelen Veränderung zweier Signale lässt sich die Konzentration des Zielstoffes bestimmen.
Die Teams testen die neuen Sensoren unter anderem für Fluorid und Wasserstoffperoxid sowie verschiedene Enzyme. Verlaufen die Tests erfolgreich, werden die Sensoren für Realproben eingesetzt und analysieren Wasser für die Umweltanalytik sowie Blut und Serum für die biologische Diagnostik.
Das Projekt deckt damit den Weg vom Design über die Herstellung bis hin zur Anwendung der neuentwickelten Sensoren ab. Bewilligt wurde es von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der National Research Foundation of Korea. Beide Seiten finanzieren ihre Teile: 225.000 Euro gehen an die UDE, etwa 265.000 Euro an die Kyung Hee University.