Polymeeriharjalla kullan nanopartikkeleiden dopingin seurauksena on kytkentäinen komposiitti, joka muuttaa sen paksuutta riippuen pH: sta. Darmstadtin teknillisen yliopiston fyysikkojen tutkimusta Soft Matter -lehdessä voidaan käyttää kemiallisten nanosensorien suunnitteluun diagnoosi- tai ympäristöanalyysiä varten.
Polymeeriharjat ovat makromolekyylisiä ketjuja, jotka ovat tiheään oksastettuja pinnalla. Sähköstaattisen voiman ansiosta ketju ulottuu pinnalta ja muodostaa turkin kaltaisen kerroksen, jonka paksuus on useita satoja nanometrejä. Tällä hetkellä tutkimuksessa on keskitytty sellaisten polymeerijärjestelmien suunnitteluun, jotka vastaavat erilaisiin ympäristöön vaikuttaviin ärsykkeisiin, kuten pH, lämpötila tai spesifiset biomarkkerit. TU Darmstadtin ja TU Berlinin fyysikot osoittivat ensimmäistä kertaa, miten polymeeripesien paksuutta voidaan vaihtaa yhdistämällä pH-herkkiä kullan nanopartikkeleita.
"Polymeeriketjujen ja kullan nanopartikkeleiden yhdistelmä on lupaava erityisesti lääketieteellisen diagnoosin tai ympäristön analyysissä", Dikran Boyaciyan sanoi. 30-vuotias jatko-opiskelija työskentelee professori Regin von Kleinzinin johtaman "Interfacial Soft Matter" -konserniin.
"Tämä tekniikka on vielä kehityksen alkuvaiheissa, ja päätavoitteena on, miten polymeerijärjestelmän ja nanohiukkasten vuorovaikutusta voidaan säätää ja kalibroida kontrolloidussa ympäristössä", Boyaciyan selitti. Smart-polymeerimateriaaleja voidaan käyttää raportoimaan kemiallisia nanosensoreita toksiinien tai syöpäsolujen, seurata elimen parametreja tai kohdeluvun vapautumista ihmiskehoon.
Boyaciyan testasi kahta tyyppiä pH-epäherkkiä polymeerejä sen pitkäaikaiseen käyttöön anturina: ei-ionisena PNIPAM ja kationinen PMETAC. Ensin pidetään sopimattomana, koska kultahiukkaset pestään pois harjasta korkealla pH-arvolla. Kuitenkin kationisilla PMETAC-harjoilla pH-muutokset eivät vaikuta kultahiukkasia.
Lisäksi Boyaciyan pystyi osoittamaan, miten valmistaa käänteinen pH-kytkinkompleksi PMETAC: lta sisällyttämällä kullan nanohiukkasia ja kuinka niiden kompleksinmuodostus toimii. Happamassa ympäristössä partikkelit menettävät latauksen ja hiukkasten hiukkasten vuorovaikutukset ja partikkeli-harjan vuorovaikutukset tapahtuvat. Tämä saa harjan turpoamaan, koska sen ketju on vähemmän rajoitettu.
Sitä vastoin emäksinen ympäristö luo negatiivisen varauksen partikkeleille ja vuorovaikutus positiivisesti varautuvalla harjalla on edullinen. Ketjun romahtaminen saa harjan kerroksen ohentumaan.
Koska paksuuden vaihtelu vaikuttaa myös heijastuneen valon spektrikoostumukseen, materiaalia voidaan käyttää kolorimetrisenä nanosensorina. Sen erittäin pienen koon vuoksi se voi olla kytketty mikrolasereihin ja spektrometreihin, joita tulevaisuudessa voidaan käyttää laboratoriorajärjestelmissä ja jopa ihmissoluissa.
