Le dopage des brosses en polymère avec des nanoparticules d'or donne un matériau composite commutable dont l'épaisseur change en fonction de la valeur du pH. Les recherches des physiciens de la TU Darmstadt, publié dans la revue Matière molle , pourrait être utilisé pour concevoir des nanocapteurs chimiques dans le diagnostic ou l'analyse environnementale.

Les brosses en polymère sont des chaînes de grosses molécules qui sont densément greffées sur une surface. En raison des forces électrostatiques, les chaînes s'étendent à partir de la surface et forment une couche semblable à de la fourrure d'une épaisseur de plusieurs centaines de nanomètres. Actuellement, la recherche se concentre sur la conception de systèmes polymères répondant à divers stimuli environnementaux tels que la valeur du pH, température ou des biomarqueurs spécifiques. Des physiciens de la TU Darmstadt et de la TU Berlin ont montré pour la première fois comment l'épaisseur d'une brosse en polymère peut être modifiée en incorporant des nanoparticules d'or sensibles au pH.

« L'association de chaînes polymères et de nanoparticules d'or est prometteuse, notamment en diagnostic médical ou en analyse environnementale, », explique Dikran Boyaciyan. Le doctorant de 30 ans travaille dans le groupe « Soft Matter at Interfaces » dirigé par le professeur Regine von Klitzing.

"Cette technologie est encore à un stade précoce de développement. L'objectif principal est de savoir comment l'interaction entre les systèmes polymères et les nanoparticules peut être réglée et calibrée dans un environnement contrôlé, " explique Boyaciyan. Des matériaux polymères intelligents pourraient être utilisés dans des nanocapteurs chimiques qui signalent des toxines ou des cellules cancéreuses, surveiller les paramètres des organes ou cibler la libération de médicaments à l'intérieur du corps humain.

Boyaciyan a testé deux types de polymères insensibles au pH en ce qui concerne leur perspective d'utilisation à long terme comme capteurs :le PNIPAM non ionique et le PMETAC cationique. Le premier s'est avéré inadapté en raison des particules d'or éliminées de la brosse à des valeurs de pH élevées. Dans la brosse PMETAC cationique, cependant, les particules d'or ont adhéré sans être affectées par les changements de pH.

Par ailleurs, Boyaciyan a pu montrer comment fabriquer un composite réversible à pH commutable à partir de PMETAC en incorporant des nanoparticules d'or et comment fonctionne sa formation complexe. En milieu acide, les particules perdent leur charge et il se produit à la fois des interactions particule-particule et des interactions particule-pinceau. Cela conduit à une brosse gonflée car ses chaînes sont moins confinées.

En revanche, un environnement alcalin provoque des charges négatives sur les particules et les interactions avec la brosse chargée positivement sont préférées. Les chaînes s'effondrent, ce qui entraîne une couche de brosse plus fine.

En raison du changement d'épaisseur influençant également la composition spectrale de la lumière réfléchie, le matériau pourrait être utilisé comme nanocapteurs colorimétriques. En raison des dimensions extrêmement petites et du couplage possible avec un laser et un spectromètre miniaturisés, le composite pourrait, dans le futur, être appliqués dans des systèmes de laboratoire sur puce ou même dans la cellule humaine.