polyelectrolyytteissä

Polyelectrolyytteinä kutsutaan polymeeriyhdisteitä, joilla on useita ionisoituvia ryhmiä. Vesiliuoksessa nämä ryhmät dissosioituvat ja polymeeriketju saa sähkövarauksen, jolloin molekyyli käyttäytyy polyelectrolyyttinä. Ryhmät voivat olla positiivisia (polykationit) tai negatiivisia (polyanionit), ja sähköiset vuorovaikutukset vaikuttavat monin tavoin sekä liuoksen että kiinnittyneiden aineiden käyttäytymiseen.

Ominaisuudet ja käyttäytyminen polyelectrolyytteissä riippuvat muun muassa ionisoitumisasteesta, nimeltään α. Vahvat polyelectrolyytit ovat käytännössä täysin ionisoituneita riippumatta pH:sta, kun taas heikot polyelectrolyytit menettävät tai saavat varauksen pH:n ja muiden olosuhteiden muuttuessa. Sähköiset varaukset ja ionikuljetukset vaikuttavat liuoksen viskositeetteihin, tilavuuslaukuksiin ja ketjujen konformaatioon: elektrostaattinen repulsio käytännössä venyttää ketjua, erityisesti hyvässä liuoksessa, jolloin polyelectrolyytti laajenee. Suojaa saadaan suoloilla, jotka käsittelevät vastakkaisten ioni- ja varauksien näennäistä vaikutusta.

Käyttötavat ja sovellukset kattavat kerrospinnoitukset (layer-by-layer, LBL), jolloin voidaan rakentaa polyelectrolyyttikerroksista monikerroksisia pinnoitteita, sekä polymeerin yhteensovittaminen vastakkaisesti varattujen polymeerien kanssa muodostettavia polyetyleuryyttejä (PECs). Näitä käytetään esimerkiksi lääkinnällisissä toimitusjärjestelmissä, geneettisen materiaalin kuljetuksessa, vedenkäsittelyssä sekä bio- ja nanomateriaaleissa. Polyelectrolyyttejä voidaan myös hyödyntää hydrogeeleissä, kalvoissa ja energia- sekä nanoteknologian sovelluksissa.

Tutkimuksessa polyelectrolyyttien ominaisuuksia selvitetään muun muassa elastisuudella, viscositylla, zeta-sarjalla ja pääongelmilla kuten Manningin kondensaatiolla sekä suolajännitteellä. Mittauksissa käytetään esimerkiksi viskositeetti-, DLS-, NMR- ja SAXS- sekä sähköinen potensiaali -menetelmiä.