Томские химики разработали новые подходы к созданию «умных» тканей
Ученые Томского государственного университета (ТГУ) представили технологию получения нового класса «умных» тканых сорбционных материалов, которые могут поглощать вредные вещества из воздуха, следить за здоровьем человека и самоочищаться. Их получают за счет встраивания металлоорганических координационных полимеров в синтетические или натуральные ткани. Получен патент РФ.
В 2025 году за работы в области металлоорганических координационных полимеров (MOF – metal-organic frameworks) была присуждена Нобелевская премия по химии. Однако широкого применения эти новые уникальные материалы пока не находят, поскольку имеют ряд недостатков: являются сыпучими, а их пористая структура используется не полностью. Химикам ТГУ удалось решить часть функциональных проблем этой группы материалов. Ученые разработали способ иммобилизации — надежного встраивания частиц MOF в структуру ткани.
«Отличие нашего подхода заключается в том, что мы не наносим материал на ткань, а выращиваем его непосредственно в ткани. Это позволяет не только увеличить содержание металлоорганического координационного полимера до 10-25 % в таком композитном материале, но и прочнее закрепить его в структуре ткани», — рассказала один из авторов работы, студентка 4-го курса химического факультета ТГУ Валерия Лобанова.
В ткань вводится предшественник, из которого затем при повышенной температуре в воде или органическом растворителе с помощью специальных молекул-линкеров идет самосборка материала. При этом наноразмерные частицы MOF формируются непосредственно на поверхности нитей, а также в межнитевом пространстве, что обеспечивает их высокую стабильность.
В качестве основы химики использовали натуральную (хлопок) и синтетическую — полиэтилентерефталат (ПЭТФ, он же лавсан, полиэстер) ткани. Сейчас ученые работают с расширенным спектром тканей.
«Мы уже попробовали нанести три типа металлоорганических координационных полимеров на ткани. Один тип материала (Cu-HKUST) придал ткани сорбционные свойства по отношению к различным газообразным загрязнителям. Другой тип каркасного соединения дает возможность не только поглощать вредные или даже особо опасные органические соединения, то и нейтрализовать их за счет каталитического разрушения», — пояснил еще один участник исследования, заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции ХФ ТГУ Григорий Мамонтов.
Третий тип материала MIL-100(Fe), по словам ученых, продемонстрировал фотокаталитическую активность, то есть он разрушает органические соединения под действием солнечного света. В ходе исследований данная разработка использовалась для очистки воды от фенола при комнатной температуре и показала свою эффективность. Примечательно также то, что этот материал удалось синтезировать при комнатной температуре, что значительно упрощает его производство.
Разработчики отмечают, что новый способ позволяет создавать композиционные материалы, в которых полезные свойства ткани (гибкость, прочность, механическая стабильность, фильтрующая способность) сочетаются со свойствами встроенных MOF (сорбционными, каталитическими, фотокаталитическими, а также сорбционно-каталитическими или сорбционно-фотокаталитическими).
По мнению авторов, полученные материалы могут быть использованы в очистке воды, а также для создания «умных» тканей, которые, например, могут поглощать вредные вещества (или запахи), а затем под действием солнечного света или мягкого ультрафиолета самоочищаться с разложением адсорбированных веществ.
Введенные в ткань наночастицы MOF могут выполнять и другие функции: выступать в качестве капсул с лекарственными средствами для лечения кожных и других заболеваний; контролировать уровень воздействия вредных факторов на производстве и других местах, сопряженных с воздействием вредных факторов; участвовать в сборе информации о состоянии людей и окружающей среды и т.д.
Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России.