Το doping της βούρτσας πολυμερούς με τα νανοσωματίδια χρυσού έχει ως αποτέλεσμα ένα switchable composite που αλλάζει το πάχος του ανάλογα με το pH. Η έρευνα από φυσικούς στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Darmstadt στο περιοδικό Soft Matter μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό χημικών νανοαισθητήρων για διαγνωστικές ή περιβαλλοντικές αναλύσεις.
Οι βούρτσες πολυμερών είναι μακρομοριακές αλυσίδες που έχουν εμβολιαστεί πυκνά στην επιφάνεια. Λόγω της ηλεκτροστατικής δύναμης, η αλυσίδα εκτείνεται από την επιφάνεια και σχηματίζει ένα στρώμα που μοιάζει με γούνα και έχει πάχος αρκετών εκατοντάδων νανόμετρων. Επί του παρόντος, η έρευνα επικεντρώθηκε στο σχεδιασμό συστημάτων πολυμερών που ανταποκρίνονται σε διάφορα περιβαλλοντικά ερεθίσματα όπως ρΗ, θερμοκρασία ή συγκεκριμένους βιοδείκτες. Οι φυσικοί στο TU Darmstadt και στο TU Berlin έδειξαν για πρώτη φορά πώς μπορεί να αλλάξει το πάχος των πολυμερών βουρτσών συνδυάζοντας ευαίσθητα σε ρΗ χρυσά νανοσωματίδια.
"Ο συνδυασμός πολυμερικών αλυσίδων και νανοσωματιδίων χρυσού υποσκάπτει, ειδικά στην ιατρική διάγνωση ή στην περιβαλλοντική ανάλυση", δήλωσε ο Dikran Boyaciyan. Ο 30χρονος διδάκτορας εργάζεται στην ομάδα «Interfacial Soft Matter» υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Regin von Kleinzin.
"Αυτή η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα στα αρχικά στάδια ανάπτυξης και ο κύριος στόχος είναι πώς η αλληλεπίδραση μεταξύ του πολυμερούς συστήματος και των νανοσωματιδίων μπορεί να ρυθμιστεί και να βαθμονομηθεί σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον", εξηγεί ο Boyaciyan. Έξυπνα πολυμερή υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναφορά χημικών νανοαισθητήρων για τοξίνες ή καρκινικά κύτταρα, την παρακολούθηση παραμέτρων οργάνων ή την απελευθέρωση του φαρμάκου στο ανθρώπινο σώμα.
Ο Boyaciyan εξέτασε δύο τύπους πολυμερών μη ευαίσθητων στο ρΗ για μακροχρόνια χρήση του ως αισθητήρα: μη ιοντικό PNIPAM και κατιονικό PMETAC. Ο πρώτος θεωρείται ακατάλληλος επειδή τα σωματίδια χρυσού απομακρύνονται από τη βούρτσα σε υψηλό pH. Ωστόσο, στις κατιονικές βούρτσες PMETAC, τα σωματίδια χρυσού δεν επηρεάζονται από τις αλλαγές στο pH.
Επιπλέον, Boyaciyan ήταν σε θέση να αποδείξει πώς να προετοιμάσει ένα αναστρέψιμο σύμπλεγμα μετασχηματισμού pH από PMETAC με την ενσωμάτωση νανοσωματιδίων χρυσού και πώς λειτουργεί ο σύνθετος σχηματισμός τους. Σε ένα όξινο περιβάλλον, τα σωματίδια χάνουν τη φόρτιση και αλληλεπιδράσεις σωματιδίων-σωματιδίων και αλληλεπιδράσεις βουρτσίσματος σωματιδίων. Αυτό προκαλεί πρήξιμο της βούρτσας επειδή η αλυσίδα της είναι λιγότερο περιορισμένη.
Αντίθετα, ένα αλκαλικό περιβάλλον δημιουργεί ένα αρνητικό φορτίο στα σωματίδια και προτιμάται η αλληλεπίδραση με μια θετικά φορτισμένη βούρτσα. Η κατάρρευση της αλυσίδας προκαλεί τη λεπτότερη στρώση της βούρτσας.
Εφόσον η μεταβολή του πάχους επηρεάζει επίσης τη φασματική σύνθεση του ανακλώμενου φωτός, το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως χρωματομετρικός νανοαισθητήρας. Λόγω του πολύ μικρού μεγέθους του, μπορεί να συνδεθεί με μικροελάσματα και φασματόμετρα, τα οποία στο μέλλον μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εργαστηριακά συστήματα chip και ακόμη και σε ανθρώπινα κύτταρα.
