"Chemomechaniczne polimery (czyli cząsteczki, które ulegają mechanicznemu przekształceniu w odpowiedzi na obecność jakiegoś czynnika chemicznego) stanowią unikatowy układ, który łączy w sobie cechy sensora oraz wzmacniacza sygnału w jednym. Dzięki tym właściwościom nie jest konieczne stosowania dodatkowych, zewnętrznych elementów, które wzmacniają sygnał czujnika" - wyjaśnia profesor Hans-J÷rg Schneider z Universit˝t des Saarlandes (Niemcy).

Niemieccy naukowcy, jako pierwsi opracowali hydrożel, uwodniony polimer, który reaguje ruchem (kurcząc się lub ponownie rozkurczając) na zmiany chemiczne, a dokładniej biochemiczne otoczenia.

Wyraźne zmiany objętości polimeru można obserwować, gdy w otoczeniu "inteligentnego" żelu znajdą się tak ważne dla biochemii cząsteczki, jak nukleotydy, aminokwasy czy białka. Dodatkowo, układ ten jest wrażliwy na pH środowiska, co czyni go jeszcze bardziej przydatnym dla zastosowań biomedycznych.

Polimer zbudowany z modyfikowanych łańcuchów polisacharydowych - chitozanu - specyficznie reaguje na obecność izomerów D dibenzoilowych pochodnych kwasu winowego, kurcząc się nawet o 94 proc. swej wyjściowej objętości. Gdy w otoczeniu polimeru znajduje się izomer L (cząsteczka o przeciwnej konfiguracji atomów niż izomer D) hydrożelowy czujnik kurczy się zaledwie o 20 proc.

Takie właściwości oraz fakt, iż czujnik inaczej reaguje na ten sam czynnik w środowisku o różnym pH, pozwala na stworzenie prostego układu logicznego (bramka logiczna typu "AND"), który będzie dawał pozytywną odpowiedź, tylko i wyłącznie w sytuacji, gdy oba parametry będą spełnione (obecnośćásubstancji aktywującej oraz ściśle określone pH).

Podobne cechy posiada również inny materiał opracowany przez naukowców współpracujących z prof. Schneider\\'em - hydrożel na bazie polimetakrylanu metylu PMMA (ang. polymethyl(methyl)acrylate) zawierający miejsca wiążące typu etylenodiaminy. W tym przypadku, pojawienie się aminokwasów lub peptydów powoduje mechaniczną reakcję żelu jedynie w obecności jonów miedzi lub cynku.

Hydrożelowe czujniki mogą być wytwarzana zarówno w postaci litego materiału, ultra cienkich warstw, czy jako mikrocząstki. Odpowiednia manipulacja morfologią pozwala na kontrolowane modyfikowanie szybkości reakcji i czułości czujników.

Według naukowców, "inteligentne" polimery zostaną w przyszłości wykorzystane w medycynie, między innymi jako transportery leków, uwalniające substancje lecznicze wyłącznie w wymagającej leczenia tkance. Tego typu materiały mogą również byćáprzydatne przy konstrukcji urządzeń mikroprzepływowych. KLG

PAP - Nauka w Polsce

bsz