Myśląc o szczotkach wyobrażamy sobie różnego rodzaju przedmioty, które wykorzystujemy w życiu codziennym. Gdybyśmy wyobrazili sobie te same szczotki, tylko w zminiaturyzowanych rozmiarach, moglibyśmy nadać im zupełnie nowe cechy, świadczące o „inteligencji”. Obraz, który uzyskamy to właśnie inteligentne szczotki polimerowe, nazywane również szczotkami molekularnymi. Ich włosie składa się z pojedynczych łańcuchów polimerowych o długości liczonej w nanometrach oraz grubości pojedynczych atomów. Szczotki polimerowe mogą być szczepione na różnych podłożach, przez co nadają takim powierzchniom unikatowe właściwości. Dla przykładu, do farb silikonowych wprowadzane są polimery krzemoorganiczne – związki o mieszanym charakterze organiczno-nieorganicznym. Wiążą się one z podłożem częścią nieorganiczną – atomami tlenu, natomiast na zewnątrz kierują swoje organiczne grupy hydrofobowe. Następuje zablokowanie zwilżalności materiału, przy jednoczesnej swobodnej wymianie pary wodnej i pozostałych gazów. Para wodna z zewnątrz nie jest pochłaniana, co czyni powierzchnię odporną na warunki atmosferyczne.

Specyfika szczotek polimerowych polega na tym, że reagują one na określone warunki środowiskowe: zmianę temperatury, pH czy siły jonowe. Przy pomocy różnych bodźców mogą zmieniać swoją strukturę. Na przykład zmiana temperatury może spowodować skurczenie się szczotek i brak możliwości zwilżenia ich powierzchni. Ważne jest, że zawsze można wrócić do poprzedniego stanu. Dzięki temu, w zależności od naszych potrzeb możemy wykorzystywać inteligencję szczotek polimerowych poprzez programowanie ich w określonym kierunku. System włączania i wyłączania szczotek polimerowych jest szeroko wykorzystywany w nanotechnologii, badaniach medycznych oraz biologicznych, m.in.: w uwalnianiu leków wewnątrz ciała tylko w określonych warunkach, kontroli zanieczyszczenia wody – poprzez zmianę koloru lub grubości szczotek oraz wielu innych technologiach. Bardzo duża podatność na bodźce środowiskowe daje szerokie spektrum możliwości wykorzystania tych materiałów. Naukowcy prowadzą badania nad strukturą i sposobem działania szczotek polimerowych, jednak największe nadzieje wiązane są z projektowaniem materiałów inteligentnych, tj. zmieniających swoje własności w kontrolowany sposób w reakcji na bodziec otoczenia.

W celu opracowania technologicznych zastosowańszczotek polimerowych niezbędne jest dokładne poznanie ich wzajemnych oddziaływań z innymi cząsteczkami, głównie z nanocząsteczkami, z którymi oddziałują najczęściej. Ze względu na złożoność układów polimerowych szczotka-nanocząstka oraz ich małe objętości, doświadczalne pomiary dynamiki były dotąd niezwykle trudne. Niemieccy uczeni w opublikowanym ostatnio projekcie POLYBRUSH (Dynamics in polymer brush-nanoparticle systems) stworzyli system szczotek polimerowych wykorzystujących nanocząsteczki złota. Głównym celem projektu było uzyskanie modelu szczotka-nanocząstka oraz możliwość pomiaru dynamiki jako funkcji parametrów geometrycznych, m.in.: długości łańcucha szczotki, wielkości i stężenia cząstek. Naukowcom udało się przezwyciężyć wiele problemów, które wcześniej uniemożliwiały badanie dynamiki tych złożonych systemów. Opracowane wyniki otwierają drzwi do wykonywania takich pomiarów systematycznie, w zależności od parametrów geometrycznych. Poznanie interakcji między nanocząsteczkami i szczotkami polimerowymi pozwoli na udoskonalenie ich konstrukcji pod kątem przyszłych zastosowań, przede wszystkim w biomedycynie, ochronie środowiska i przemyśle. Być może już wkrótce będziemy świadkami przełomu w projektowaniu inteligentnych materiałów wykorzystujących zjawisko „szczotek polimerowych”, co niewątpliwie zrewolucjonizuje wiele obecnie stosowanych technologii.  (kk)

(http://biotechnologia.pl/, 14.04.2016)