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用金纳米颗粒掺杂聚合物刷子导致可切换的复合材料,其根据pH值而改变其厚度。达姆施塔特工业大学的物理学家发表在“ 软物质 ”杂志上的研究可用于设计诊断或环境分析中的化学纳米传感器。

聚合物刷子是在表面上密集接枝的大分子链。由于静电力,链条从表面延伸并形成厚度为几百纳米的毛皮状层。目前,研究集中在响应各种环境刺激如pH值,温度或特定生物标志物的聚合物体系的设计。TU Darmstadt和TU Berlin的物理学家首次展示了聚合物刷子的厚度如何通过结合pH敏感的金纳米粒子来切换。

“聚合物链和金纳米粒子的结合是有希望的,特别是在医学诊断或环境分析方面,”Dikran Boyaciyan说。这位30岁的博士生在雷金·冯·克利兹宁教授领导的“界面软物质”小组工作。

“这项技术还处于发展的早期阶段,主要目标是聚合物体系和纳米粒子之间的相互作用如何在受控环境中进行调整和校准,”Boyaciyan解释说。智能聚合物材料可用于报道毒素或癌细胞的化学纳米传感器,监测器官参数或靶向药物释放到人体内。

Boyaciyan就其长期用作传感器的前景进行了两种类型的pH不敏感聚合物的测试:非离子型PNIPAM和阳离子型PMETAC。前者被认为是不合适的,因为金颗粒在高​​pH值时从刷子上被洗掉。然而,在阳离子PMETAC刷中,金颗粒不受pH值变化的影响。

此外,Boyaciyan能够展示如何通过纳入金纳米粒子以及其复合物形成如何工作来从PMETAC制备可逆pH开关复合物。在酸性环境中,颗粒失去电荷并发生颗粒 - 颗粒相互作用和颗粒 - 刷子相互作用。这会导致刷子膨胀,因为它的链条不太受限制。

相反,碱性环境会在颗粒上产生负电荷,并且与带正电的电刷的相互作用是优选的。链子坍塌导致刷子层变薄。

由于厚度变化也影响反射光的光谱组成,所以该材料可以用作比色纳米传感器。由于尺寸非常小,可能与微型激光器和光谱仪耦合,未来该复合材料可用于实验室芯片系统甚至人体细胞内。