Hihetetlenül gyorsan telik az idő, vagy legalábbis úgy tűnik, ha sok a tennivaló... Lassan a második negyedév végére érek, már ami az ösztöndíjas időszakot illeti :)
A legutóbbi jelentkezésem óta sok új kísérleti tapasztalattal gazdagodtam az általam vizsgált polimerek tulajdonságaival és a magnetiten történő adszorpciójukkal kapcsolatban. Többféle technikát is alkalmaztam, hogy minél jobban megértsem a felületmódosítási célra kiválasztott anyagaim viselkedését, illetve, hogy beigazoljam, vagy éppen cáfoljam az előzetesen felállított elméleteimet, nevezetesen, hogy mi is történik a nanomágnesek felületén.
Ahogyan azt már bemutattam, az adszorpció jellemzésére izotermákat határoztam meg és ATR FT-IR (a felületi jellemzők vizsgálatára alkalmas infravörös spektroszkópiai módszer) spektrumokat vettem fel. Az izotermák alapján mennyiségileg jellemeztem a polimerek kötődését, illetve a spektrumok adszorpció előtti és utáni állapotait egymáshoz hasonlítva igazoltam, hogy a különböző funkcióval rendelkező PEG-polimerjeim a funkciós (karboxil-, foszfát-) csoportjaikon keresztül specifikus kötéseket hoznak létre a nanomágnesek felületén, így kellően erős kapcsolódás alakul ki, ami az egyik kitűzött célom/elképzelésem volt.
A második kísérleti szakaszban azt vizsgáltam, hogy a már megkötött molekulák vajon befolyásolják-e a magnetit felületi töltéstulajdonságait. Hogy erre miért is van szükség? És hogy eredetileg vannak neki olyanjai? Mármint a magnetitnek, felületi töltéstulajdonságai...
A válasz az utóbbi kérdésre egyértelműen igen: a magnetit, mint a vas-oxidok általában, amfoter tulajdonságú, azaz vizes közegben a felülete pH-tól függően különböző töltésállapotban fordul elő. A felületén ugyanis H+-ok felvételére illetve leadására alkalmas =Fe-OH ún. aktív helyek találhatóak. Ezek a hidroxilok alacsony pH-n protonálódnak, így pozitív töltés halmozódik fel a felületen, míg magasabb pH-kon éppen az elenkezője történik, így a deprotonálódás eredményeként negatív lesz a nettó töltés.
=Fe-OH + H+ ® =Fe-OH2+
és =Fe-OH - H+ ® =Fe-O-
Azt a pH-t, ahol a pozitív és a negatív töltések száma éppen megegyezik, IEP (izoelektromos pont) -nek nevezzük. A magnetit esetén ez a pH ~8.
Az eddigi tapasztalatok alapján ha olyan molekula/polielektrolit/polimer kötődik egy ilyen amfoter felületre, amely a kötődés után is extra töltéseket hordoz, az képes befolyásolni a nanomágnesek felületi töltéstulajdonságait a hozzáadott mennyiségtől függően. És itt jön képbe az adszorpciós kapacitás, ugyanis ha ennél kisebb mennyiséget adok a fentebb nevezett anyagból, akkor az csak a részleges töltéssemlegesítéshez elegendő és destabilizáló hatású, míg ha annál nagyobb koncentrációban van jelen a polimer, akkor képes a felület teljes áttöltésére és így stabilizáló hatású. Ezt hívjuk elektrosztatikus stabilizálásnak. Ennek a jelenségnek az eredményeként a nanorészecskék olyan pH-n is stabilak lehetnek egy ilyen felületmódosító anyagnak a hatására, ahol az eredeti, fedetlen részecskék nem stabilak, azaz aggregálódnak (4.kép narancssárga keretben). Persze az ellenkező hatás is kiváltható, az eredetileg stabil rendszerben (1.kép) aggregáció indukálható nyomnyi mennyiségű polielektrolit adagolásával (2.kép sárga keretben).
Mivel a magnetitet orvosbiológiai alkalmazásra szánjuk, ami egy olyan pH-tartományt céloz meg (pH ~7,2-7,4), ami igen közel van a fentebb emlegetett IEP-hez (~8), a nanomágnes elektrosztatikus stabilizálása is egy igen kívánatos cél a polimerrel történő fedés során...
A következő részben mesélek arról, hogyan tudom a nanomágnesek aggregációját műszeresen tanulmányozni, azaz, hogyan vágok utat lézerkardommal a megválaszolandó kérdések dzsungelében, hogy egy idevágó szóvirággal éljek ;)
Viszontlátásra!