Materiały warstwowe otrzymane techniką LB oraz LS są obiektem wielu badań ze względu na zdefiniowaną, uporządkowaną i ultracienką strukturę. W zależności od struktury chemicznej cząsteczek formujących filmy LB oraz LS modyfikowane powierzchnie materiałów mogą mieć różnorodne zastosowanie.
Światowy postęp techniki w dużej mierze zawdzięczamy pracom badawczym, których celem jest opracowanie nowych rozwiązań technologicznych pozwalających osiągnąć większą wydajność, szybkość i niezawodność pracy urządzeń elektronicznych, czy energetycznych. Miniaturyzacja urządzeń, zwłaszcza w elektronice, wpływa na znaczne zmniejszenie zużycia energii elektrycznej w porównaniu do urządzeń tradycyjnych. Wśród prowadzonych prac badawczych znaczące miejsce zajmuje zastosowanie technik LB oraz LS w urządzeniach elektronicznych [20,152,157].
Przykładem molekularnych urządzeń elektrycznych wykorzystujących technikę LB są wspomniane wcześniej diody elektroluminescencyjne z warstwą organiczną (OLED) [157]. W warstwach aktywnych OLED najczęściej stosowane są cząsteczki barwników terylenowych oraz antracenowych [158]. Technika wytwarzania warstw organicznych metodą LB ma znaczącą przewagę nad technikami naparowywania próżniowego czy techniką spin coating i ma realne szanse komercyjnego zastosowania. Stosując metodę LB możliwy jest precyzyjny dobór grubości warstwy aktywnej w OLED oraz uzyskanie planowanej orientacji cząsteczek, co umożliwia lepszy transport ładunku i w efekcie zwiększa wydajność świetlną konstruowanych diod. W przypadku wytwarzania przez OLED światła spolaryzowanego szczególnie istotne jest uporządkowanie cząsteczek w warstwie organicznej.
Innym przykładem zastosowań filmów LB w optoelektronice mogą być prace prowadzone przez zespół Matsuia [159] dotyczące trójwarstwowych filmów LB osadzonych na warstwie tlenku indu i cyny (ITO). Film LB uformowany przez kompleks rutenu został umieszczony pomiędzy dwoma warstwami błękitu pruskiego.
Stwierdzono, że tak skomponowana multiwarstwa LB wykazuje właściwości wielokolorowego elektrochromizmu. Ponadto wykazano, iż w zależności od stopnia utlenienia komponentu możliwe jest tworzenie trzech różnych barw przy użyciu tylko jednej elektrody roboczej. Badacze zaproponowali zastosowanie tego systemu LB do innych barwników w celu stworzenia nowych diod. Inną grupą związków
38 formujących warstwy LB wykazujących dobre właściwości opto-elektryczne (które mogą mieć zastosowanie do projektowania specjalnych urządzeń elektrycznych) są n-alkilocyjanobisfenole (nCBs) [160].
Z kolei filmy LB tworzone przez barwniki cyjaninowe mają zastosowanie w technikach spektralnych. Przykładowo badania Avie i Tischlera [161] dotyczące właściwości zarówno monowarstw Langmuira tworzonych przez cząsteczki amfifilowego barwnika cyjaninowego (C18S4), jak i filmów LB po przeniesieniu tego barwnika na powierzchnię szkła wykazały, że cząsteczki barwników organicznych mogą tworzyć agregaty typu J. Stwierdzono również, że agregaty te posiadają unikalne właściwości optyczne, mogące mieć zastosowanie w technikach spektralnych. Ponadto autorzy cytowanej pracy [161] dowiedli również, że tworzenie tych agregatów w warstwie LB zależne jest od ciśnienia, przy którym nanoszona jest monowarstwa Langmuira na powierzchnię substratu.
Intensywny rozwój przemysłu wymusza postęp w dziedzinie budowy czujników oraz doskonalenia metod analitycznych. Filmy LB są z powodzeniem wykorzystywane w konstrukcjach sensorów [144,162,163] do zastosowań medycznych czy w analizatorach stosowanych w ochronie środowiska. Poniżej przedstawiono przykłady zastosowania warstw LB w konstrukcjach sensorów i biosensorów. Capan i współpracownicy [164,165] zastosowali metodę LB do konstrukcji sensora służącego do wykrywania chloroformu i innych rozpuszczalników organicznych w środowisku.
Wykazano, iż czujniki z warstwą LB utworzoną przez cząsteczki kaliksorezyrcyny (ang. calix resorcinarene (C11TEA)) [164] charakteryzują się dużą czułością i selektywnością. W cytowanym artykule pokazano, iż sensor działa szybko (czas odpowiedzi to kilka sekund) i odwracalnie. Podobne efekty obserwowano stosując filmy LB utworzone przez piren z otoczką polistyrenową (ang. pyrene end-capped polystyrene) [165]. Innym przykładem czujnika wykorzystującego technikę LB jest konstrukcja biosensora czułego na obecność perhydrolu [166]. Do jego budowy wykorzystano film lipidowy z wbudowanymi aktywnymi cząsteczkami katalazy zdolnej do efektywnej redukcji perhydrolu. Należy nadmienić, iż czujniki zbudowane w oparciu o metodę LB mają również zastosowanie w budowie sensora smaku, np. do pomiaru intensywności słodkiego smaku [167]. Do budowy czujnika smaku wykorzystano cząsteczki kwasu stearynowego, które osadzono na podłożu stałym. Badania wykazały, że struktura warstwy LB pozwala na dużą czułość i selektywność czujnika smaku
39 substancji słodzących, np. glukozy, przy poziomie progowym smaku. Ponadto porównano różnicę odpowiedzi czujnika w zależności od warunków przechowywania sensora (zbiornik próżniowy, roztwór KCI i atmosfera powietrza). Wyniki pokazały, że struktura filmu LB uformowanego przez cząsteczki kwasu stearynowego jest podatna na działanie wilgoci w środowisku przechowywania. Innym przykładem zastosowania techniki LB oraz LS do konstrukcji sensora elektrochemicznego jest czujnik elektroutleniania dopaminy z roztworów wodnych [168]. Crespilho i in. przeprowadzili modyfikację elektrody (wykonanej z tlenku irydu i cyny) pochodnymi ftalocyjaniny (FrPc, ang. iron phthalocyanine) stosując metodę LS oraz elektrodepozycję. Wykazano, że film utworzony metodą LS był bardziej stabilny niż film otrzymany wskutek elektrodepozycji mimo, że właściwości elektrochemiczne obydwu filmów były takie same.
Jak wspomniano wcześniej rzeczywiste błony biologiczne są układem lipidowo-białkowym. Ponieważ architektura rzeczywistej błony biologicznej przypomina film LB utworzony w warunkach laboratoryjnych, możliwe jest utworzenie błony pseudobiologicznej [169]. Błona pseudobiologiczna osadzona na ciele stałym ma duże możliwości praktycznego zastosowania, np. w celu określenia interakcji leku z membranami biologicznymi [170]. Przykładowo Nieciecka i współpracownicy [170]
do otrzymywania błon pseudobiologicznych metodą LB wykorzystała cząsteczki fosfolipidów osadzone na złocie. Autorzy na osadzonych filmach LB badali wpływ właściwości hydrofobowych na adsorpcję substancji czynnej, tj. doksorubicyny, a także przenikanie leku do wnętrza struktur filmu LB. Analiza interakcji farmaceutyku z filmem LB na substracie stałym pozwoliła na określenie oddziaływań leku z hydrofobowymi ugrupowaniami węglowodorowymi cząsteczek budujących błonę pseudobiologiczną. Dowiedziono, że lek wnika w strukturę hydrofobową monowarstwy i w zależności od stopnia organizacji filmu możliwy jest różny stopień rotacji molekuł leku w membranie.
Od wielu lat trwają badania nad wytworzeniem nowych materiałów biomedycznych [171]. Wiadomym jest, że trafny dobór właściwości fizykochemicznych oraz tekstury powierzchni implantu w połączeniu z dużą biozgodnością zmniejsza ryzyko odrzutu przeszczepu. Technika LB umożliwia modyfikację powierzchni implantu jednorodnym, monomolekularnym filmem, przy równoczesnym zapewnieniu biokompatybilność z żywą tkanką oraz daje możliwości sterowania właściwościami
40 powierzchniowymi implantu, np. hydrofobowością [172]. Ponadto metoda LB jest używana w inżynierii tkankowej do badań mechanizmu degradacji polimerowej warstwy okalającej implant [173].
W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się materiały o właściwościach olejoodpornych czy hydrofobowych, a w szczególności superhydrofobowych [174-176]. Naukowcy czerpią wiedzę z gotowych rozwiązań występujących w przyrodzie. Jednym z takich obszarów zainteresowań są badania nad właściwościami liścia lotosu. Rozwój technik mikroskopowych pozwolił na zbadanie struktury powierzchniowej tych liści. Udowodniono, że specyficzna architektura powierzchni liścia lotosu decyduje o jej superhydrofobowych właściwościach. Zjawisko samooczyszczania nazwano efektem lotosu. Obecnie wiadomo, że efekt superhydrofobowości wymaga wprowadzenia na powierzchnię ciała stałego chropowatości w nanoskali oraz modyfikacji substancjami o niskiej energii powierzchniowej. Wyniki dotychczasowych badań dotyczących modyfikacji powierzchni ciał stałych wskazują, że dla osiągnięcia oczekiwanego efektu modyfikacji powierzchni konieczne jest zarówno określenie właściwości fizykochemicznych monowarstw tworzonych przez daną substancję na granicy faz woda/powietrze, jak i wybór odpowiedniej metody osadzania monowarstwy. Stwierdzono, że do grupy modyfikatorów poprawiających właściwości hydrofobowe powierzchni należą związki chemiczne zawierające ugrupowania fluorowe, charakteryzujące się małą swobodną energią powierzchni [177]. Do tej grupy między innymi zaliczają się warstwotwórcze fluorowane pochodne silseskwioksanów [178-180]. Na podstawie badań [181] filmów formowanych przez cząsteczki pochodnych POSS posiadających w strukturze chemicznej fluorowane podstawniki organiczne (CF2)n wykazano możliwość uzyskania wyraźnej hydrofobizacji modyfikowanego materiału.