Dopning av polymerborsten med guld nanopartiklar resulterar i en omställbar komposit som ändrar tjockleken beroende på pH. Forskning från fysikare vid Darmstadt tekniska universitet i tidskriften Soft Matter kan användas för att designa kemiska nanosensorer för diagnostisk eller miljöanalys.
Polymerborstar är makromolekylära kedjor som är tätt ympade på ytan. På grund av den elektrostatiska kraften sträcker sig kedjan från ytan och bildar ett pälsliknande skikt med en tjocklek av flera hundra nanometer. För närvarande har forskning fokuserat på utformningen av polymersystem som svarar mot olika miljöstimuli såsom pH, temperatur eller specifika biomarkörer. Fysiker på TU Darmstadt och TU Berlin visade för första gången hur tjockleken på polymerborstar kan bytas genom att kombinera pH-känsliga guldnanoriklar.
"Kombinationen av polymerkedjor och guld nanopartiklar är lovande, speciellt inom medicinsk diagnostik eller miljöanalys", sa Dikran Boyaciyan. Den 30-åriga doktoranden arbetar i gruppen "Interfacial Soft Matter" ledd av professor Regin von Kleinzin.
"Denna teknik är fortfarande i de tidiga utvecklingsstadierna och huvudmålet är hur samspelet mellan polymersystemet och nanopartiklarna kan anpassas och kalibreras i en kontrollerad miljö", förklarade Boyaciyan. Smarta polymermaterial kan användas för att rapportera kemiska nanosensorer för toxiner eller cancerceller, övervaka orgelparametrar eller målmedicinsk frisättning i människokroppen.
Boyaciyan testade två typer av pH-okänsliga polymerer för långvarig användning som sensor: nonionisk PNIPAM och katjonisk PMETAC. Den tidigare anses vara olämplig eftersom guldpartiklarna tvättas bort från borsten vid högt pH. I katjoniska PMETAC-borstar påverkas dock inte guldpartiklar av förändringar i pH.
Dessutom kunde Boyaciyan visa hur man förbereder ett reversibelt pH-växelkomplex från PMETAC genom att införliva guldnanoriklar och hur deras komplexa bildning fungerar. I en sur miljö förlorar partiklarna laddning och partikel-partikel-interaktioner och partikel-borste interaktioner uppträder. Detta gör att penseln sväller eftersom kedjan är mindre begränsad.
I motsats härtill skapar en alkalisk miljö en negativ laddning på partiklarna och interaktion med en positivt laddad borste föredras. Kollapsens kollaps gör att borstskiktet blir tunnare.
Eftersom tjockleksvariationen också påverkar det reflekterade ljusets spektrala komposition kan materialet användas som en kolorimetrisk nanosensor. På grund av sin mycket lilla storlek kan den kopplas till mikrolasrar och spektrometrar, som i framtiden kan användas i laboratoriesystem och även i mänskliga celler.
