Dopingpolymeerborstels met gouden nanodeeltjes resulteren in een schakelbaar composietmateriaal dat van dikte verandert afhankelijk van de pH-waarde. Het onderzoek van natuurkundigen aan de TU Darmstadt, gepubliceerd in het tijdschrift Zachte materie , kunnen worden gebruikt om chemische nanosensoren te ontwerpen in diagnostiek of milieuanalyses.

Polymeerborstels zijn kettingen van grote moleculen die dicht op een oppervlak zijn geënt. Door elektrostatische krachten, de kettingen strekken zich uit vanaf het oppervlak en vormen een pelsachtige laag met een dikte van enkele honderden nanometers. Momenteel, onderzoek richt zich op het ontwerp van polymeersystemen die reageren op verschillende omgevingsstimuli zoals pH-waarde, temperatuur of specifieke biomarkers. Natuurkundigen van de TU Darmstadt en de TU Berlijn hebben voor het eerst aangetoond hoe de dikte van een polymeerborstel omschakelbaar kan worden gemaakt door pH-gevoelige gouden nanodeeltjes op te nemen.

"De combinatie van polymeerketens en gouden nanodeeltjes is veelbelovend, vooral in medische diagnostiek of omgevingsanalyse, ", zegt Dikran Boyaciyan. De 30-jarige promovendus werkt in de groep "Soft Matter at Interfaces" onder leiding van professor Regine von Klitzing.

"Deze technologie bevindt zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium. Het primaire doel is hoe de interactie tussen polymeersystemen en nanodeeltjes kan worden afgestemd en gekalibreerd in een gecontroleerde omgeving, " legt Boyaciyan uit. Slimme polymeermaterialen kunnen worden gebruikt in chemische nanosensoren die rapporteren over toxines of kankercellen, monitor parameters van organen of richt zich op de afgifte van medicijnen in het menselijk lichaam.

Boyaciyan testte twee soorten pH-ongevoelige polymeren met betrekking tot hun vooruitzichten voor langdurig gebruik als sensoren:de niet-ionische PNIPAM en de kationische PMETAC. De eerste werd ongeschikt bevonden omdat gouddeeltjes bij hoge pH-waarden uit de borstel werden weggespoeld. In de kationische PMETAC-borstel, echter, de gouddeeltjes hechtten onaangetast door pH-veranderingen.

Verder, Boyaciyan kon laten zien hoe je een omkeerbare pH-schakelbare composiet van PMETAC maakt door gouden nanodeeltjes op te nemen en hoe de complexe vorming ervan werkt. In een zure omgeving, de deeltjes verliezen hun lading en er treden zowel deeltjes-deeltjesinteracties als deeltjes-borstelinteracties op. Dit leidt tot een gezwollen borstel omdat de kettingen minder opgesloten zijn.

In tegenstelling tot, een alkalische omgeving veroorzaakt negatieve ladingen op de deeltjes en interacties met de positief geladen borstel hebben de voorkeur. De kettingen vallen in elkaar waardoor een dunnere borstellaag ontstaat.

Omdat de dikteverandering ook de spectrale samenstelling van het gereflecteerde licht beïnvloedt, het materiaal zou kunnen worden gebruikt als colorimetrische nanosensoren. Door de extreem kleine afmetingen en mogelijke koppeling met een geminiaturiseerde laser en spectrometer zou het composiet, in de toekomst, worden toegepast in lab-on-a-chip-systemen of zelfs in de menselijke cel.