Quelle: Oxygen in Action, Gregor Liebsch at PreSens Precision Sensing GmbH
Optischer Sensor Folien enthalten einen Sauerstoff-empfindlichen Farbstoff und einen Verweis Farbstoff, die in einem Sauerstoffdurchlässigen Polymermatrixschicht immobilisiert sind. Der Indikator Farbstoff emittiert eine rote Fluoreszenz, die dynamisch durch Sauerstoff gequencht wird: die Energie des angeregten Farbstoff wird auf den Sauerstoff-Molekülen übertragen und folglich die Intensität der Farbe wird mit steigendem Sauerstoffgehalt der Probe verringert (siehe Abbildung 1). Die Referenz-Farbstoff wird nicht durch Sauerstoff beeinflusst und gibt eine konstante grünes Licht Signal. Wenn der Indikator-Farbstoff und Referenz-Farbstoff mit einem identischen Lichtquelle bestrahlt werden, emittieren sie respektive ein rotes und grünes Licht. Diese Emissionen werden durch eines RGB-Chip gemessen.
Mit einem nicht-toxischen, nicht-invasive Sensorfolie, kann der typische biologische Bereich von 0 bis 100 Prozent Sättigung (entsprechend 6.04mL Sauerstoff pro Liter bei 25 ° C und 1013 hPa) erfasst werden. Die LED-basierte Anregungslichtquelle, optische Filter, eine Linse und einer Farbkamera sind in einem tragbaren Mikroskop integriert.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Sensor-Folie und Prinzip der dynamischen Fluoreszenzlöschung. Der Indikator-Farbstoff in einer Polymermatrix, die auf einen transparenten Polyesterträger befestigt ist. Die angeregten Farbstoff emittiert rote Fluoreszenz und überträgt Energie über Kollision zu Sauerstoffmoleküle. Es erfolgt eine Fluoreszenzlöschung mit steigendem Sauerstoffgehalt in der Probe.
Ein Experiment mit einer Pflanze Modell zeigt eine Anwendung mit der atmenden Wurzelsystem der Nutzpflanze Brassica napus (siehe Abbildung 2). Die Experimente wurden in einer Kammer durchgeführt.
Um den Sauerstoffverbrauch der intakten Wurzeln visualisieren zu können, wurde B napus auf 0.9 Prozent Difco-Agar für 14 Tage gezüchtet. Wurzel-Segmente der Keimlinge wurden mit Sensor-Folien abgedeckt. Sauerstoffverteilung in der Probe wurde über sechs Stunden bei einer Abtastrate von 15 Minuten aufgezeichnet. Durch die O2-Konzentrationabnahme in der zentrale Wurzelzone konnte die Atmungsrate berechnet werden (0.015 % Luftsättigung min-1 im Durchschnitt, was etwa 12.5umol Sauerstoff h-1 entspricht). Dank diese Film-Methode kann der Sauerstoffverbrauch für verschiedene Wurzelregionen in Sub-Millimeter-Skala erfasst werden.
Abbildung 2: Eine Messung mit Brassica napus
Diese neue Technologie kann in anderen Bereiche verwendet werden, für die biologische und medizinische Forschung, die Überwachung industrielle Prozesse. Die zweidimensionale Darstellung von Sauerstoff-Distributionen kann zu einer neuen Verständniss von Lebensprozesse Führen.
Das gleiche Prinzip kann für CO2 und pH-Messungen in zwei Dimensionen verwendet werden.
