Il drogaggio delle spazzole polimeriche con nanoparticelle d'oro si traduce in un materiale composito commutabile che cambia il suo spessore a seconda del valore del pH. La ricerca dei fisici della TU Darmstadt, pubblicato sulla rivista Materia morbida , potrebbero essere utilizzati per progettare nanosensori chimici nella diagnostica o nell'analisi ambientale.

Le spazzole polimeriche sono catene di grandi molecole che sono densamente innestate su una superficie. A causa delle forze elettrostatiche, le catene si estendono dalla superficie e formano uno strato simile a una pelliccia con uno spessore di diverse centinaia di nanometri. Attualmente, la ricerca si concentra sulla progettazione di sistemi polimerici che rispondano a vari stimoli ambientali come il valore del pH, temperatura o biomarcatori specifici. I fisici della TU Darmstadt e della TU Berlin hanno mostrato per la prima volta come lo spessore di una spazzola polimerica può essere reso commutabile incorporando nanoparticelle d'oro sensibili al pH.

"La combinazione di catene polimeriche e nanoparticelle d'oro è promettente, soprattutto nella diagnostica medica o nell'analisi ambientale, " dice Dikran Boyaciyan. Il dottorando di 30 anni lavora nel gruppo "Soft Matter at Interfaces" guidato dalla professoressa Regine von Klitzing.

"Questa tecnologia è ancora in una fase iniziale di sviluppo. L'obiettivo principale è come l'interazione tra sistemi polimerici e nanoparticelle può essere sintonizzata e calibrata in un ambiente controllato, " Spiega Boyaciyan. I materiali polimerici intelligenti potrebbero essere utilizzati in nanosensori chimici che segnalano tossine o cellule cancerose, monitorare i parametri degli organi o mirare al rilascio di farmaci all'interno del corpo umano.

Boyaciyan ha testato due tipi di polimeri insensibili al pH rispetto alla loro prospettiva di uso a lungo termine come sensori:il PNIPAM non ionico e il PMETAC cationico. Il primo è stato trovato inadatto a causa delle particelle d'oro che venivano lavate via dal pennello a valori di pH elevati. Nella spazzola cationica PMETAC, però, le particelle d'oro aderivano inalterate dalle variazioni di pH.

Per di più, Boyaciyan è stato in grado di mostrare come realizzare un composito reversibile a pH commutabile da PMETAC incorporando nanoparticelle d'oro e come funziona la sua complessa formazione. In un ambiente acido, le particelle perdono la loro carica e si verificano sia interazioni particella-particella che interazioni particella-spazzola. Questo porta a un pennello gonfio perché le sue catene sono meno confinate.

In contrasto, un ambiente alcalino provoca cariche negative sulle particelle e sono preferite le interazioni con la spazzola caricata positivamente. Le catene collassano risultando in uno strato di pennello più sottile.

A causa della variazione di spessore che influenza anche la composizione spettrale della luce riflessa, il materiale potrebbe essere utilizzato come nanosensori colorimetrici. Grazie alle dimensioni estremamente ridotte e al possibile accoppiamento con laser e spettrometro miniaturizzati il ​​composito potrebbe, in futuro, essere applicato in sistemi lab-on-a-chip o anche all'interno della cellula umana.