Le dopage de la brosse en polymère avec des nanoparticules d'or donne un composite commutable qui change d'épaisseur en fonction du pH. Les recherches effectuées par des physiciens de l'Université de technologie de Darmstadt dans la revue Soft Matter peuvent être utilisées pour concevoir des nanocapteurs chimiques destinés à un diagnostic ou à une analyse environnementale.
Les brosses en polymère sont des chaînes macromoléculaires densément greffées à la surface. En raison de la force électrostatique, la chaîne s'étend depuis la surface et forme une couche en forme de fourrure d'une épaisseur de plusieurs centaines de nanomètres. Actuellement, les recherches ont porté sur la conception de systèmes polymères répondant à divers stimuli environnementaux tels que le pH, la température ou des biomarqueurs spécifiques. Les physiciens des TU Darmstadt et Berlin ont démontré pour la première fois comment changer l'épaisseur des brosses en polymère en combinant des nanoparticules d'or sensibles au pH.
"La combinaison de chaînes de polymères et de nanoparticules d'or est prometteuse, en particulier dans le domaine du diagnostic médical ou de l'analyse environnementale", a déclaré Dikran Boyaciyan. Le doctorant de 30 ans travaille dans le groupe "Interfacial Soft Matter" dirigé par le professeur Regin von Kleinzin.
"Cette technologie est encore à ses débuts, et l'objectif principal est de savoir comment l'interaction entre le système polymère et les nanoparticules peut être ajustée et calibrée dans un environnement contrôlé", a expliqué Boyaciyan. Des matériaux polymères intelligents peuvent être utilisés pour signaler des nanocapteurs chimiques de toxines ou de cellules cancéreuses, surveiller les paramètres des organes ou cibler la libération de médicaments dans le corps humain.
Boyaciyan a testé deux types de polymères insensibles au pH pour son utilisation à long terme comme capteur: le PNIPAM non ionique et le PMETAC cationique. Le premier est considéré comme inapproprié, car les particules d'or sont éliminées de la brosse par un pH élevé. Cependant, dans les brosses PMETAC cationiques, les variations de pH n’affectent pas les particules d’or.
En outre, Boyaciyan a été en mesure de démontrer comment préparer un complexe de commutateur de pH réversible à partir de PMETAC en incorporant des nanoparticules d'or et comment fonctionne leur formation complexe. Dans un environnement acide, les particules perdent de la charge et des interactions particule-particule se produisent. Cela fait gonfler le pinceau car sa chaîne est moins restreinte.
En revanche, un environnement alcalin crée une charge négative sur les particules et une interaction avec un pinceau chargé positivement est préférable. L'effondrement de la chaîne amincit la couche de pinceau.
Puisque la variation d'épaisseur affecte également la composition spectrale de la lumière réfléchie, le matériau peut être utilisé comme nanocapteur colorimétrique. En raison de sa très petite taille, il peut être couplé à des microlasers et à des spectromètres, qui pourront à l'avenir être utilisés dans des systèmes de puce de laboratoire et même dans des cellules humaines.
