Polyaniline micro- and nanostructures for biomedical applications

Wydział Chemii: Pracownia Fizykochemii Materiałów i NanotechnologiiW niniejszej rozprawie doktorskiej przedstawiono różne metody syntezy i modyfikacji włókien polianilinowych oraz wykorzystanie ich do konstrukcji czujników służących do detekcji zarówno substancji chemicznych - wybranych kationów metali, kwasu mlekowego jak i próbek biologicznych - komórek nowotworowych. Wykorzystując włókna PANI oraz monowarstwę cząsteczek organotioli, opracowano detektor wybranych kationów metali działający w oparciu o efekt tranzystora polowego. Uzyskano monowarstwę warstwę tiolową, która specyficznie oddziałuje z kationami metali, umożliwiając ich selektywną detekcję. Na bazie włókien polianilinowych opracowano czujnik umożliwiający detekcję kwasu mlekowego w zakresie stężeń fizjologicznych informujących o różnego typu stanach chorobowych. Wykazano możliwość immobilizacji dehydrogenazy mleczanowej (LDH) w mikro- i nanowłóknach PANI, podnosząc tym samym selektywność oddziaływań otrzymanych struktur w kontakcie z kwasem mlekowym. W pracy pokazano także, iż mikro- i nanostruktury PANI mogą mieć potencjalne wykorzystanie przy konstrukcji czułego, szybkiego, i prostego w użyciu detektora, który w ogólny sposób informowałby o pojawieniu się zmian nowotworowych. Zaobserwowano specyficzne zmiany przewodnictwa elektrycznego mikro- i nanowłókien PANI w kontakcie z komórkami nowotworowymi i zdrowymi. Otrzymano nanocząstki kompozytu PANI, które pomimo podwyższonej aktywności biologicznej cząstek, o czym świadczy ich zakres wielkości ≤100 nm, wykazano, iż nie wywołują one żadnych zmian w strukturze czy fizjologii zarówno komórek zdrowych jak i nowotworowych.The aim of the research presented in this paper was to synthesize polianiline micro- and nanostructures in order to study their potential biomedical applications, including anti-cancer therapy and their use to construct sensors for the detection of cancer cells, lactic acid and selected metal cations. The synthesis of PANI nanoparticles of ≤100 nm in diameter was performed. The study showed that the nanoparticles did not cause any changes in the structure and physiology of living cells, including healthy and cancer cells. Thus polyaniline fibers can be used as working sensor elements that are in direct contact with biological samples. Specific changes in the electrical conductivity of modified and unmodified polyaniline micro- and nanofibril networks in the presence of normal and cancer cells were observed. The electrical response depended on the number of cells in contact with the nanofibrils, according to a linear function. Lactate dehydrogenase (LDH) was immobilized inside nanostructured polyaniline layers to form a lactic acid sensor: polyaniline – LDH biosensor. A non–linear dependence was observed between the electric response of the sensor and lactic acid concentration. The sensor was characterized by good sensitivity and storage stability. The PANI fibers and the gold thiol-modified microelectrode were used to form a new FET-type nanodetector for metal cations. A correlation between the radius of selected alkali metal cations and the intensity of the signal was found. A linear correlation between sensor signal intensity and concentration of cations was observed