Los cepillos de polímeros dopados con nanopartículas de oro dan como resultado un material compuesto intercambiable que cambia su grosor en función del valor de pH. La investigación de los físicos de la TU Darmstadt, publicado en la revista Materia blanda , podría usarse para diseñar nanosensores químicos en diagnósticos o análisis ambientales.

Los cepillos poliméricos son cadenas de moléculas grandes que se injertan densamente en una superficie. Debido a fuerzas electrostáticas, las cadenas se extienden desde la superficie y forman una capa similar a una piel con un grosor de varios cientos de nanómetros. En la actualidad, La investigación se centra en el diseño de sistemas de polímeros que responden a diversos estímulos ambientales, como el valor de pH, temperatura o biomarcadores específicos. Los físicos de TU Darmstadt y TU Berlin han demostrado por primera vez cómo se puede cambiar el grosor de un cepillo de polímero mediante la incorporación de nanopartículas de oro sensibles al pH.

"La combinación de cadenas de polímeros y nanopartículas de oro es prometedora, especialmente en diagnósticos médicos o analítica ambiental, ", dice Dikran Boyaciyan. El estudiante de doctorado de 30 años trabaja en el grupo" Materia blanda en interfaces "dirigido por la profesora Regine von Klitzing.

"Esta tecnología aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. El objetivo principal es cómo se puede ajustar y calibrar la interacción entre los sistemas de polímeros y las nanopartículas en un entorno controlado". "Explica Boyaciyan. Los materiales poliméricos inteligentes podrían usarse en nanosensores químicos que informan sobre toxinas o células cancerosas, monitorear los parámetros de los órganos o apuntar a la liberación de drogas dentro del cuerpo humano.

Boyaciyan probó dos tipos de polímeros insensibles al pH con respecto a su perspectiva de uso a largo plazo como sensores:el PNIPAM no iónico y el PMETAC catiónico. El primero se consideró inadecuado debido a que las partículas de oro se eliminaron del cepillo a valores de pH altos. En el cepillo catiónico PMETAC, sin embargo, las partículas de oro adheridas no se ven afectadas por los cambios de pH.

Es más, Boyaciyan pudo mostrar cómo hacer un compuesto reversible de pH conmutable a partir de PMETAC mediante la incorporación de nanopartículas de oro y cómo funciona su formación compleja. En un ambiente ácido, las partículas pierden su carga y se producen tanto interacciones partícula-partícula como interacciones partícula-cepillo. Esto conduce a un cepillo hinchado debido a que sus cadenas están menos confinadas.

A diferencia de, un ambiente alcalino causa cargas negativas en las partículas y se prefieren las interacciones con el cepillo cargado positivamente. Las cadenas colapsan dando como resultado una capa de cepillo más delgada.

Debido a que el cambio de espesor también influye en la composición espectral de la luz reflejada, el material podría utilizarse como nanosensores colorimétricos. Debido a las dimensiones extremadamente pequeñas y al posible acoplamiento con un láser y espectrómetro miniaturizados, el compuesto podría, en el futuro, aplicarse en sistemas de laboratorio en un chip o incluso dentro de la célula humana.