Az elméleti áttekintés után végre lássunk is valamit - ahogyan ígértem, következnek a "trófeák" és ez most nem valami áprilisi tréfa :-D
Kísérleteink során általában vizsgáljuk a fedéshez használt anyagok felületmódosító hatását különböző hozzáadott mennyiségeknél, illetve ugyanolyan borításoknál vizsgáljuk, hogyan alakul a nanomágnesek zeta-potenciálja illetve átlagos mérete adott pH-tartományban (általában pH ~3 és ~10 között).
Az alábbi ábrákon azt mutatom be, hogy milyen hatással vannak a fedéshez használt funkcionalizált polimerek a magnetit nanorészecskék kolloidstabilitására. Hogy ez miért is olyan fontos? Azért, mert a változó felületi töltéssel rendelkező fedetlen nanomágnesek éppen abban a pH-tartományban aggregálódnak, ami az alkalmazás szempontjából kulcsfontosságú (pH ~7-7,5). Régebbi tapasztalataink alapján azt várjuk, hogy a megfelelő mértékű fedés eredményeként ezt a tartományt a kisebb pH-k felé tolhatjuk el az elektrosztatikus stabilizálásnak köszönhetően, így a kritikus fiziológiás pH-tartományban stabilak lesznek a mintáink. A sókoncentráció pedig már egy másik kérdés, de erre majd még később térek vissza...
Szóval elsőként a fedés mértékének a stabilitásra gyakorolt hatását vizsgáltam, ehhez adott pH-n (~6,5) különböző mennyiségű polimert adagoltam a magnetit nanorészecskékhez. A képen az egyik ilyen sorozat néhány tagja látható, a polimer koncentrációja a mintákban balról jobbra növekszik (az első üvegcsében csak a csupasz nanorészecskék találhatóak):
A fotón jól látszik, hogy a hozzáadott polimer mennyiségének változtatása igen jelentős stabilitáskülönbségeket eredményez. Kis polimeradagoknál (1-4. üvegcse) az aggregáció továbbra is lejátszódik, míg a felületmódosító anyag koncentrációját tovább növelve stabil mintákhoz juthatunk (5-8. üvegcse). Dinamikus fényszórás-mérésekkel (DLS, NanoZS készülékkel) meghatároztam az egyes mintákban található részecskék méretét és zeta-potenciálját, majd a mért értékeket a polimerborítás függvényében ábrázoltam:
A fedett nanorészecskék DLS-méréssel meghatározott hidrodinamikai méretének változása (piros jelölők, jobboldali x-tengely) teljes összhangban van a különböző hozzáadott polimermennyiségeknél mért elektrokinetikai-potenciál alakulásával (kék szimbólumok, baloldali x-tengely). Kis mennyiségű polimer adagolásakor csak részleges töltéssemlegesítés játszódik le (a zéta-potenciálok abszolútértéke csökken), melynek eredményeként az elektrosztatikus taszítás csökkenése miatt aggregáció következik be (a részecskeméret is növekszik, piros jelölők az ábrán). Míg nagyobb polimerkoncentrációknál a töltéssemlegesítésen felül extra töltések rögzítőnek a felületen, így a részecskék áttöltése is megtörténik (negatív elektrokinetikai potenciálok), ami az elektrosztatikus taszításnak köszönhetően stabil rendszereket eredményez (a nanomágnesek mérete ~95 nm). Mivel a polimerrel borított nanomágnesek mérete a stabil mintákban nagyobb, mint a borítatlan nanorészecskék esetén (~80 nm), ezek a polimerek sztérikusan is stabilizálják a vas-oxid részecskéket. Ezt a kombinált effektust elektrosztérikus stabilizálásnak nevezzük.
Az következő ábrán a csupasz és a fedett nanorészecskék kolloidstabilitásának pH-függése látható. A fekete szimbólumokkal jelölt, nem borított nanomágnesekre jellemző görbe jól mutatja a magnetit töltésállapotának pH-függését. Kisebb pH-kon a felületen a pozitív töltések kialakulása a domináns, így pozitív zeta-potenciálok mérhetőek. A pH növelésével a pozitív töltések mennyisége csökken, majd egy adott értéken (pH ~8) a felület semlegessé válik, ezt hívjuk izoelektromos pontnak (IEP, itt a pozitív és a negatív töltésű helyek száma megegyezik). Az ennél is magasabb pH-kon a felület negatív töltésű, így nullánál kisebb zeta-potenciálokat kaptam. A vizsgált polimerek felületmódosító hatásának pH-függését több hozzáadottt mennyiségnél vizsgáltam:
Korábbi tapasztalatainkkal egyezésben itt is megfigyelhető, hogy a
nagyobb hozzáadott polimermennyiségek a nanomágnesek felületi
áttöltésének köszönhetően az IEP pH-ja kisebb értékek felé tolódott el. Az alsó ábrán bemutatott, ugyanazokban a mintákban mért pH-függő hidrodinamikai méretek alapján meghatározható aggregációs zóna jó egyezésben van a pH-függő zeta-potenciál alakulásáva. Az IEP-hez tartozó pH kisebb értékek felé történő eltolódásával egyezésben az aggregációhoz rendelhető pH-tartomány is a
kisebb pH-k felé tolódik el.
A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy megfelelő mértékű borítás esetén az elektrosztérikus stabilizálásnak köszönhetően olyan mintákat lehet előállítani, amelyek stabilak a fiziológiás pH-tartományban (vér esetén ez pH ~7,2-7,4). A fentiekben bemutatott adatok azokra a polimerekre vonatkoznak, kisebb-nagyobb eltérésekkel, de a trend ugyanaz. Ám a vizsgált minták között akadt olyan is, amelyik ettől eltérően viselkedett és még nagy hozzáadott mennyiségeknél sem biztosította a nanomágnesek számára a kívánt stabilitást.
Na, de mi a helyzet azokkal a funkcionalizált polimerekkel, amelyek nem képesek az elektrosztatikus és/vagy sztérikus stabilizálásra? És vajon mi ennek az oka?
Az elektrolitkoncentráció hogyan befolyásolja-e a fedett részecskék stabilitását? Vajon kibírják-e ezek a felületmódosított minták a fiziológiás sótartalmat (vérben ~150 mmol/L)?
Minderről majd a folytatásban....
...addig is szép napot!