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.
Eine Fehlsteuerung von Serotonin spielt eine Rolle bei vielen psychischen Erkrankungen, wie schweren Depressionen und Angststörungen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ein Forschungsteam jetzt einen implantierbare, elektrochemischen Mikrosensor vor, mit dem sich die Dynamik von Se ... mehr
Wasserstoffperoxid als Ziel im Kampf gegen Krebs?
Reaktive Sauerstoffspezies spielen mutmaßlich eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Krebserkrankungen. Ergebnisse einer Studie in der Zeitschrift Angewandte Chemie belegen nun, dass nur der Spiegel von Wasserstoffperoxid, aber nicht der von anderen reaktiven Sauerstoffspezies in Bauch ... mehr
Grippe-Test mit synthetischen Genen
Der quantitative Nachweis spezifischer Antikörper in komplexen Proben wie Blut kann Informationen über viele verschiedene Krankheiten liefern, benötigt aber meist eine aufwändige Labordiagnostik. Einen neuen Ansatz für eine rasche, kostengünstige, aber quantitative und spezifische Vor-Ort-D ... mehr
Neuer Test kann COVID-19-Immunität vorhersagen
Die meisten Menschen in den Vereinigten Staaten verfügen über einen gewissen Immunschutz gegen Covid-19, entweder durch Impfung, Infektion oder eine Kombination aus beidem. Aber wie hoch ist der Schutz des Einzelnen? MIT-Forscher haben jetzt einen einfach zu handhabenden Test entwickelt, de ... mehr
Durchbruch bei der Größenbestimmung von Nanopartikeln mit flüssigkeitsgefüllten Röhren
Die Funktionalität von Nanopartikeln in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich der Verabreichung von Arzneimitteln und der Nano-Optik, wird häufig durch ihre Masse und Größe bestimmt. Die gleichzeitige Messung dieser Eigenschaften für ein und dasselbe Nanopartikel war bisher ebenfal ... mehr
Neuer Prototyp einer Gesichtsmaske kann Covid-19-Infektion erkennen
Ingenieure des MIT und der Harvard University haben eine neuartige Gesichtsmaske entwickelt, die den Träger innerhalb von etwa 90 Minuten mit Covid-19 diagnostizieren kann. In die Masken sind winzige Einwegsensoren eingebettet, die in andere Gesichtsmasken eingebaut werden können und auch f ... mehr
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
