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Neue "chemische Nasen" zur Beseitigung von industriellen Schadstoffen in der Umwelt

Prof Riina Aav

Abbildung der chemischen Nase

11.02.2019: Wissenschaftler aus fünf europäischen Ländern haben sich zusammengeschlossen, um die nächste Generation von "chemischen Nasen" zu entwickeln, die industrielle Schadstoffe aus der Umwelt entfernen. Die Europäische Kommission hat 2,9 Mio. EUR zur Finanzierung des Horizon2020 FET-OPEN-Projekts INITIO bereitgestellt, an dem Forscher von TalTech und fünf weiteren Universitäten sowie Experten eines in Estland tätigen Interspectrum OÜ und eines italienischen Unternehmens in einem internationalen Forschungsprojekt zusammenarbeiten werden.

Die Forschungsgruppe für supramolekulare Chemie der School of Science der Technischen Universität Tallinn beschäftigt sich seit fünf Jahren mit dem Bau von Rezeptor-Molekülen der neuen Generation, die Pestizide und andere umweltgefährdende industrielle Schadstoffe erkennen und Signale senden. Solche intelligenten "elektronischen Nasengeräte" würden es ermöglichen, schädliche Giftstoffe vor ihrer Freisetzung in die Umwelt zu entfernen.

Die Leiterin der Forschungsgruppe für supramolekulare Chemie, Professorin Riina Aav, sagt: "Der Umgang mit Schadstoffen in der Umwelt wird immer mehr zu einem Problem. Ein relativ unbekannter Grund dafür ist, dass viele landwirtschaftliche Pestizide und Arzneimittel, die in die Umwelt gelangen, "chiral" sind, d.h. in zwei nicht überlagerbaren Formen (wie linke und rechte Hände) vorliegen. Diese molekulare Eigenart erschwert es den Umweltschutztechnologien, viele dieser Schadstoffe zu identifizieren und zu entfernen, und das kann mit herkömmlichen Analysemethoden nicht erreicht werden".

Die "Chiralität" von Stoffen hat auch Auswirkungen auf die Umwelt, wozu sie freigesetzt werden. So kann beispielsweise eine ihrer Formen giftiger sein als die andere und die Chiralität der Moleküle kann sich direkt auf ihren Umweltzerstörung auswirken. Chirale Schadstoffe finden sich in Pestiziden, Herbiziden, Fungiziden, Freonersatzstoffen, Farbstoffen, Antibiotika und vielen anderen Medikamenten. In den meisten Fällen haben wir keine Ahnung von deren Umweltauswirkungen.

Das kooperierende INITIO-Konsortium wird dieses Hauptthema angehen, indem es zunächst Moleküle entwickelt, die als Rezeptoren fungieren - die bestimmte Schadstoffe erkennen - und sie dann in intelligente Nanostrukturen integriert, um Geräte zu entwickeln, die direkt im Feld eingesetzt werden können, um die Schadstoffe zu erkennen und zu zerstören. Diese Vorrichtungen werden im Wesentlichen als "chemische Nasen" fungieren, indem sie die spezifischen industriellen Schadstoffe ausspionieren und so deren Entfernung und Zerstörung erleichtern.

Unsere Forschungsgruppe wird die Rezeptor-Moleküle für diese chemischen Nasen bauen. Wir werden Containermoleküle, die "Hemicucurbiturils", herstellen, die kürzlich in dem vom estnischen Forschungsrat finanzierten Projekt entwickelt wurden. Unsere Forscher werden auch chirale Molekülsysteme mit Erkennungs- und Signalisierungsfunktionen bauen, um das Vorhandensein bestimmter Schadstoffe zu markieren, z.B. durch Farbwechsel", sagt Professor Aav.

Das Verbundprojekt endet 2021 und das Endziel des Projekts ist die Entwicklung einer wesentlich effektiveren Technologie zur Reinigung der Umwelt.

Originalveröffentlichung:
Sandra Kaabel, Robin S Stein, Maria Fomitšenko, Ivar Järving, Tomislav Friscic, Riina Aav; "Size‐control by anion templating in mechanochemical synthesis of hemicucurbiturils in the solid state"; Angew. Chem. Int. Ed.; 2019

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