A polimer ecset arany nanorészecskékkel való doppingolásával olyan kapcsolható összetételt eredményez, amely a pH-tól függően változik. A Darmstadt Műszaki Egyetem fizikusainak kutatása a Soft Matter folyóiratban kémiai nanosenzorok tervezésére használható diagnosztikai vagy környezeti elemzés céljából.
A polimer ecsetek olyan makromolekuláris láncok, amelyek sűrűn be vannak ültetve a felületen. Az elektrosztatikus erő miatt a lánc a felszínről nyúlik ki, és szőrmeszerű réteget képez, amelynek vastagsága több száz nanométer. Jelenleg a kutatás olyan polimer rendszerek tervezésére összpontosított, amelyek különböző környezeti ingerekre, például pH-ra, hőmérsékletre vagy specifikus biomarkerekre reagálnak. A TU Darmstadt és TU Berlin fizikusai először mutatták be, hogyan lehet a polimer ecsetek vastagságát a pH-érzékeny arany nanorészecskék kombinálásával kapcsolni.
"A polimer láncok és arany nanorészecskék kombinációja ígéretes, különösen az orvosi diagnosztikában vagy a környezeti elemzésekben" - mondta Dikran Boyaciyan. A 30 éves doktorandusz a Regin von Kleinzin professzor által vezetett "Interfacial Soft Matters" csoportban dolgozik.
"Ez a technológia még mindig a fejlődés korai szakaszában van, és a fő cél az, hogyan lehet a polimer rendszer és a nanorészecskék közötti kölcsönhatást szabályozni és kalibrálni szabályozott környezetben" - magyarázta Boyaciyan. Intelligens polimer anyagok felhasználhatók kémiai nanoszenzorok kimutatására toxinok vagy rákos sejtek esetében, a szervparaméterek megfigyelése vagy a hatóanyag felszabadulása az emberi szervezetbe.
Boyaciyan kétféle pH-érzékeny polimert tesztelt hosszú távú érzékelésére: nem ionos PNIPAM és kationos PMETAC. Az előbbi nem tekinthető alkalmatlannak, mivel az aranyszemcséket magas pH-értéken mossák ki az ecsetből. A kationos PMETAC kefékben azonban a pH változása nem befolyásolja az aranyszemcséket.
Ráadásul, Boyaciyan képes volt demonstrálni, hogyan kell előállítani egy visszafordítható pH-kapcsoló komplexet a PMETAC-ból, beépítve az arany nanorészecskéket és hogyan működik komplexképződésük. Savas környezetben a részecskék elveszítik a töltést és a részecske-részecske kölcsönhatásokat, és a részecske-kefe kölcsönhatások lépnek fel. Ez az ecset megduzzad, mert a lánc kevésbé korlátozott.
Ezzel szemben a lúgos környezet negatív töltést hoz létre a részecskékre, és a pozitív töltésű ecsettel való kölcsönhatás előnyös. A lánc összeomlása miatt az ecsetréteg vékonyabb lesz.
Mivel a vastagságváltozás hatással van a visszavert fény spektrális összetételére, az anyag használható színmérő nanosenzorként is. Nagyon kis méretének köszönhetően összekapcsolható mikrolaserekkel és spektrométerekkel, amelyek a jövőben laboratóriumi chiprendszerekben és még az emberi sejtekben is alkalmazhatók.
