Gør kompositmateriale smart med ædelmetal

Doping af polymerbørster med guldnanopartikler resulterer i et omskifteligt kompositmateriale, som ændrer tykkelsen afhængigt af pH-værdien. Forskning udført af fysikere ved TU Darmstadt, offentliggjort i tidsskriftet Blødt stof , kunne bruges til at designe kemiske nanosensorer i diagnostik eller miljøanalyse.

Polymerbørster er kæder af store molekyler, som er tæt podet på en overflade. På grund af elektrostatiske kræfter, kæderne strækker sig fra overfladen og danner et pelslignende lag med en tykkelse på flere hundrede nanometer. I øjeblikket, forskning fokuserer på design af polymersystemer, der reagerer på forskellige miljøstimuli såsom pH-værdi, temperatur eller specifikke biomarkører. Fysikere ved TU Darmstadt og TU Berlin har for første gang vist, hvordan tykkelsen af ​​en polymerbørste kan gøres omskiftelig ved at inkorporere pH-følsomme guld-nanopartikler.

"Kombinationen af ​​polymerkæder og guldnanopartikler er lovende, især inden for medicinsk diagnostik eller miljøanalyse, " siger Dikran Boyaciyan. Den 30-årige ph.d.-studerende arbejder i gruppen "Soft Matter at Interfaces" ledet af professor Regine von Klitzing.

"Denne teknologi er stadig på et tidligt udviklingsstadium. Det primære formål er, hvordan samspillet mellem polymersystemer og nanopartikler kan tunes og kalibreres i et kontrolleret miljø, " Boyaciyan forklarer. Smarte polymermaterialer kunne bruges i kemiske nanosensorer, der rapporterer om toksiner eller kræftceller, overvåge parametre for organer eller målrette frigivelsen af ​​lægemidler inde i den menneskelige krop.

Boyaciyan testede to typer af pH-ufølsomme polymerer med hensyn til deres udsigt til langvarig brug som sensorer:den ikke-ioniske PNIPAM og den kationiske PMETAC. Førstnævnte blev fundet uegnet på grund af guldpartikler, der blev vasket ud fra børsten ved høje pH-værdier. I den kationiske PMETAC børste, imidlertid, guldpartiklerne klæbede upåvirket af pH-ændringer.

Desuden, Boyaciyan var i stand til at vise, hvordan man laver en reversibel pH-omskiftelig komposit fra PMETAC ved at inkorporere guldnanopartikler, og hvordan dens kompleksdannelse fungerer. I et surt miljø, partiklerne mister deres ladning, og der opstår både partikel-partikel-vekselvirkninger og partikel-børste-vekselvirkninger. Dette fører til en hævet børste, fordi dens kæder er mindre indesluttede.

I modsætning, et alkalisk miljø forårsager negative ladninger på partiklerne, og interaktioner med den positivt ladede børste foretrækkes. Kæderne falder sammen, hvilket resulterer i et tyndere børstelag.

På grund af tykkelsesændringen, der også påvirker den spektrale sammensætning af det reflekterede lys, materialet kunne bruges som kolorimetriske nanosensorer. På grund af de ekstremt små dimensioner og mulig kobling med en miniaturiseret laser og spektrometer kunne kompositten, i fremtiden, anvendes i lab-on-a-chip-systemer eller endda i den menneskelige celle.