Die Reifeprüfung: Kohlenstoffnanoröhrchen-basierter Ethylen-Sensor ermittelt Fruchtreife

18.05.2012

Beim Stichwort Ethylen (Ethen) denkt man eher an Polyethylen-Kunststoffe als an Früchte. Aber Ethylen ist nicht nur ein Ausgangsprodukt der chemischen Industrie, sondern auch das kleinste Pflanzenhormon und steuert physiologische Prozesse, wie die Reifung von Früchten, die Keimung, das Aufblühen und das Verwelken von Blüten. Amerikanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt einen sehr empfindlichen Ethylen-Sensor vor, mit dem der Reifegrad von Früchten beurteilt werden könnte.

Der Reifungsprozess vieler Früchte wird ausgelöst, wenn Ethylen an einen bestimmten Rezeptor bindet. Bananen beispielsweise werden meist unreif geerntet, unter Stickstoffatmosphäre transportiert, um den Reifungsprozess zu stoppen, und vor der Auslieferung dann in einer „Reiferei“ mit Ethylen begast. Es darf aber nicht zuviel des Guten werden, sonst sind die Bananen rasch „überreif“. Entsprechend wichtig ist es, die Ethylenkonzentration in Lagerräumen genau zu kontrollieren. Aber auch die genaue Kenntnis, wieviel Ehtylen Früchte zu welchem Zeitpunkt ihrer Entwicklung freisetzen, ist interessant, etwa um den idealen Erntezeitpunkt zu ermitteln.

Als kleines unpolares Molekül lässt sich Ethylen (C2H2) nur schwer nachweisen. Konventionelle Methoden basieren meist auf teuren, aufwändigen Messgeräten, die für einen Einsatz vor Ort, etwa einer Obstplantage, nicht geeignet sind. Timothy M. Swager und sein Team vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (USA) haben nun einen kleinen transportablen Sensor entwickelt, der so geringe Ethylen-Konzentrationen, wie sie bei der Fruchtreifung freigesetzt werden, zuverlässig messen kann. Er ist dabei einfach und kostengünstig herstellbar.

Das Sensorelement besteht aus einer kleinen Glasplatte mit zwei Goldelektroden. Zwischen den Elektroden wird eine Mischung aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen und einem speziellen Kupferkomplex aufgetragen. Der Kupferkomplex lagert sich fest an die Kohlenstoffnanoröhrchen an. Kommt der Sensor mit Ethylen in Berührung, bindet das Ethylen an den Kupferkomplex. Dadurch wird dessen Bindung zu den Kohlenstoffnanoröhrchen gelockert. Die elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen reagieren sehr empfindlich darauf, wie stark die Wechselwirkungen zu den Kupferkomplexen sind. Ihr elektrischer Widerstand ändert sich in Abhängigkeit von der Ethylenkonzentration.

Die Forscher legten Früchte in eine luftdichte Kammer und leiteten Stickstoff hindurch und über den Sensor. So konnten sie die Ethylen-Ausdünstungen verschiedener Früchte vergleichen und die Veränderungen der abgesonderten Ethylenmenge einer Frucht während ihrer Reifung verfolgen. So zeigt sich ein deutlicher Ethylen-Peak während der Lagerung von Früchten, die nach der Ernte nachreifen, wie Bananen, Birnen und Avocados. Das Maximum wird erreicht, wenn die Frucht reif ist. Nicht-nachreifende Früchte wie Orangen setzen dagegen gleichmäßig niedrige Ethylenmengen frei.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Welcher Scotch ist es?

    Wodka schmeckt anders als Brandy und Kenner können verschiedene Whisky-Sorten unterscheiden. Ein komplexes Bouquet flüchtiger Verbindungen macht das Aroma der Spirituosen aus. Kolorimetrische Sensor-Arrays in Form von Einweg-Teststreifen, die mit einem Handgerät abgelesen werden, erlauben e ... mehr

    Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

    Bei Verletzungen entwickeln Organe neues Bindegewebe; die Wunde kann vernarben. Dieser Prozess der Bindegewebsfaserbildung kann jetzt nichtinvasiv und auf molekularer Ebene beobachtet werden, berichten amerikanische Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Sie haben eine für di ... mehr

    Aufschlussreiche Partikeltrennungen

    Spuren von Biomolekülen wie DNA lassen sich mit einem neuen „dynamischen“ Verfahren nachweisen, das auf der Detektion einzelner Assoziation- und Dissoziationsereignisse von Gold-Nanopartikeln beruht: Ist die gesuchte DNA-Sequenz in der Probe, kann sie zwei Nanopartikel reversibel verbinden. ... mehr

Mehr über MIT
  • News

    Einfache Dosismessung von Gefahrstoffen

    Der Nachweis eines chemischen Gefahrstoffs kann Leben retten. Amerikanische Wissenschaftler haben ein chemisches Dosimeter mit integrierter Nahfeld-Kommunikation entwickelt, das einfach von einem Smartphone ausgelesen werden kann. Dieses verbesserte CARD-Modell ist aus wenigen Komponenten a ... mehr

    Hochgeschwindigkeits-Mikroskopie bannt gesamte Gehirnaktivität auf Video

    Ein Team um Alipasha Vaziri, Gruppenleiter am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) und an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) in Wien, entwickelte gemeinsam mit Kollegen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine Methode, mit der erstmals die gleichzeitige neuronale ... mehr

    Neuer Weg zur Herstellung von Nanomagneten für die Informationstechnologie

    Ein internationales Forscherteam hat einen neuen Weg gefunden, molekulare Magnete herzustellen. Ihre dünnen Schichtsysteme aus Kobalt und einem organischen Material könnten den Weg ebnen für die Realisierung leistungsfähigerer Speichermedien und schnellerer und energieeffizienterer Prozesso ... mehr

  • Videos

    Plant-to-human communication

    MIT engineers have transformed spinach plants into sensors that can detect explosives and wirelessly relay that information to a handheld device similar to a smartphone. Video: Melanie Gonick/MITInfrared/fluorescent images: Min Hao Wong mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.