Dyfuzja w nanoskalowych systemach polimerowych
Finansowany ze środków UE projekt "Transport studies on polymer based nanodevices and assemblies for delivery and sensing" (TRASNADE) wspierał prace związane z projektowaniem udoskonalonych systemów, do zastosowania w środowiskach cieczy jonowych, takich jak te znajdujące się w komórkach i tkankach. W tym celu dokonano syntezy polielektrolitów materiałów wielowarstwowych na powierzchniach płaskich i cząsteczkach koloidalnych (takich, w których ulegają zawieszeniu cząstki nierozpuszczalne). Szczotki polimerowe to zbiory makrocząsteczek przywiązanych do powierzchni. Polimeryzację przeprowadzono zarówno na powierzchniach planarnych, jak i koloidalnych. Pęcherzyki polimerowe są preparowane przy pomocy sulfonowanego polistyrenu i nanoszone warstwa po warstwie na cząsteczki planarne lub koloidalne. Uczeni przeanalizowali potencjał Z sferycznych szczotek w stosunku do siły jonowej roztworu, w którym są umieszczone. Potencjał Z jest powiązany z równowagą elektrochemiczną na połączeniach międzyfazowych i zależy od właściwości zarówno cieczy, jak i powierzchni. Ze względu na jonowy charakter cieczy w ciele, potencjał Z jest ważnym wskaźnikiem czynników dyfuzyjnych. Co ciekawe, naukowcy odnotowali niewielką zależność między potencjałem Z a siłą jonową. Dyfuzję poprzez pęcherzyki polimerowe badano przy pomocy nowej techniki gaszenia fluorescencji opracowanej przez jednego z partnerów projektu. Zespół ocenił rolę grubości warstwy, stężenia soli oraz położenia oznaczonych polielektrolitów w polimerowej membranie elektrolitowej. Odchylenia od oczekiwanych wyników wskazują, że dyfuzji nie można uznać za proces całkowicie losowy. Następnie zespół przystąpił do wykonania pomiarów elektrochemicznych transportu przez materiał wielowarstwowy. Całkowity prąd był zmniejszany wraz ze wzrostem liczby warstw. W badaniu wpływu gęstości szczepienia na transport molekularny przez szczotki naukowcy uzyskali dyfuzję o siedem rzędów wielkości mniejszą niż ta zazwyczaj obserwowana w roztworach wodnych. Wpływ temperatury na dyfuzję był uzależniony od obecności soli w roztworze. Uczeni opracowali też kompletny zestaw narzędzi symulacyjnych w oparciu o dane doświadczalne, aby umożliwić systematyczną analizę anomalnych procesów dyfuzyjnych w polielektrolitach na poziomie nanoskalowym. Projekt TRASNADE przyczynił się do znacznie lepszego poznania mechanizmów transportowych związanych z nanourządzeniami i nanozbiorami w środowiskach cieczy jonowych. Wyniki omawianych prac mogą zostać wykorzystane do stworzenia nowych urządzeń do dostarczania leków oraz detekcji.
Słowa kluczowe
Polimery, polielektrolity, dostarczanie leków, nanourządzenia, szczotki polimerowe
