Легування полімерної щітки з наночастинками золота призводить до переключення композиту, який змінює його товщину залежно від рН. Дослідження фізиків в Дармштадському технологічному університеті в журналі Soft Matter може бути використано для розробки хімічних наносенсорів для діагностичного або екологічного аналізу.
Полімерні щітки - макромолекулярні ланцюги, щільно прищеплені на поверхні. Через електростатичну силу ланцюг простягається від поверхні і утворює хутровий шар товщиною в кілька сотм нанометрів. В даний час дослідження зосереджені на розробці полімерних систем, що реагують на різні середовищні стимули, такі як pH, температура або специфічні біомаркери. Фізики в TU Darmstadt і TU Berlin вперше продемонстрували, як можна змінити товщину полімерних щіток, поєднавши наночастинки золота, чутливі до pH.
"Поєднання полімерних ланцюгів та наночастинок золота є перспективним, особливо в медичній діагностиці або аналізі навколишнього середовища", - сказав Дикран Боясян. 30-річний докторський ступінь працює у групі "Міжфазна м'яка речовина" під керівництвом професора Регіна фон Клейнзін.
"Ця технологія все ще перебуває на ранніх стадіях розробки, основна мета полягає в тому, як взаємодія між полімерною системою та наночастинками може бути скоректована та відкалібрована в контрольованому середовищі", - пояснив Боясян. Розумні полімерні матеріали можуть бути використані для повідомлення хімічних наносенсорів для токсинів або ракових клітин, контролю за параметрами організму або цільовим вивільненням наркотиків в організмі людини.
Бояціян випробовував два типи нечутливих до pH-полімерів для довготривалого використання в якості датчика: неіонний PNIPAM та катіонний PMETAC. Перша вважається неприйнятною, оскільки золоті частки змиваються з щітки при високому рН. Проте в катіонних кистей PMETAC частинки золота не впливають на зміни рН.
Крім того, Боясян зміг продемонструвати, як підготувати реверсивний перемикальний комплекс рН від PMETAC шляхом включення наночастинок золота та способу їх складного формування. У кислотному середовищі частинки втрачають заряд і взаємодію частинок з частинками, відбуваються взаємодії частинок-щіток. Це змушує кисть розбухати, оскільки її ланцюжок менш обмежений.
Навпаки, лужне середовище створює негативний заряд на частинках, і взаємодія з позитивно зарядженою щіткою є кращим. Колапс ланцюга викликає зменшення щільності шару.
Оскільки варіація товщини також впливає на спектральний склад відбитого світла, матеріал може бути використаний як колориметричний наносенсор. Завдяки дуже малим розмірам, він може бути з'єднаний з мікролазерами та спектрометрами, які в майбутньому можуть бути використані в лабораторних системах чіпів і навіть у клітинах людини.
