Il drogaggio del pennello polimerico con nanoparticelle d'oro si traduce in un composito commutabile che cambia il suo spessore a seconda del pH. La ricerca dei fisici della Darmstadt University of Technology sulla rivista Soft Matter può essere utilizzata per progettare nanosensori chimici per analisi diagnostiche o ambientali.
I pennelli polimerici sono catene macromolecolari che sono fittamente innestate sulla superficie. A causa della forza elettrostatica, la catena si estende dalla superficie e forma uno strato simile ad una pelliccia avente uno spessore di diverse centinaia di nanometri. Attualmente, la ricerca si è concentrata sulla progettazione di sistemi polimerici che rispondono a vari stimoli ambientali come pH, temperatura o biomarcatori specifici. I fisici di TU Darmstadt e TU Berlin hanno dimostrato per la prima volta come lo spessore delle spazzole polimeriche può essere scambiato combinando nanoparticelle d'oro sensibili al pH.
"La combinazione di catene polimeriche e nanoparticelle d'oro è promettente, specialmente nella diagnostica medica o nell'analisi ambientale", ha detto Dikran Boyaciyan. Il trentenne dottorando lavora nel gruppo "Interfacial Soft Matter" guidato dal professor Regin von Kleinzin.
"Questa tecnologia è ancora nelle prime fasi di sviluppo e l'obiettivo principale è come l'interazione tra il sistema polimerico e le nanoparticelle può essere regolata e calibrata in un ambiente controllato", ha spiegato Boyaciyan. I materiali polimerici intelligenti possono essere utilizzati per segnalare i nanosensori chimici per le tossine o le cellule tumorali, monitorare i parametri degli organi o il rilascio del farmaco target nel corpo umano.
Boyaciyan ha testato due tipi di polimeri insensibili al pH per il suo uso a lungo termine come sensore: PNIPAM non ionico e PMETAC cationico. Il primo è considerato inadatto perché le particelle d'oro vengono lavate via dal pennello a pH elevato. Tuttavia, nei pennelli cationici PMETAC, le particelle d'oro non sono influenzate dalle variazioni di pH.
Inoltre, Boyaciyan è stato in grado di dimostrare come preparare un complesso di commutatore di pH reversibile da PMETAC incorporando nanoparticelle d'oro e come funziona la loro complessa formazione. In un ambiente acido, le particelle perdono la carica e si verificano interazioni particella-particella e interazioni tra particelle. Ciò fa sì che il pennello si gonfia perché la sua catena è meno limitata.
Al contrario, un ambiente alcalino crea una carica negativa sulle particelle e l'interazione con un pennello caricato positivamente è preferita. Il collasso della catena fa sì che lo strato di pennello diventi più sottile.
Poiché la variazione di spessore influenza anche la composizione spettrale della luce riflessa, il materiale può essere usato come un nanosensore colorimetrico. A causa delle sue dimensioni molto ridotte, può essere accoppiato a microlaser e spettrometri, che in futuro possono essere utilizzati nei sistemi di chip di laboratorio e persino nelle cellule umane.
