Ученые открыли новые биосовместимые пьезоэлектрические материалы
Ученые Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета совместно с коллегами из ФИЦ «Казанский научный центр Российской академии наук» выяснили, что дипептиды являются перспективными соединениями для получения органических пьезоэлектрических материалов. Их можно использовать в датчиках контроля температуры и артериального давления, а также при создании имплантируемых устройств, собирающих биомеханическую энергию от движений тела.
Пьезоэлектрические материалы способны генерировать электрическую энергию в ответ на механическую деформацию и наоборот. В настоящее время являются предметом активных исследований.
«Обычно такие материалы изготавливаются из неорганических соединений, например, цирконат-титаната свинца и титаната бария. Вместе с тем, большинство неорганических пьезоэлектриков не являются биосовместимыми и могут причинить вред живому организму при использовании их в качестве элементов биоэлектроники. Поэтому для этих целей предпочтительными являются биосовместимые пьезоэлектрические материалы», — рассказал один из участников исследования, директор Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Марат Зиганшин.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили органические пьезоэлектрики на основе полимеров, полисахаридов, вирусов. Однако их пьезоэлектрический отклик недостаточен для многих потенциальных применений. Исследование ученых КФУ совместно с коллегами указывают на возможность получения пьезоматериалов на основе дипептидов.
Дипептиды — это молекулы, состоящие из двух аминокислотных остатков, способные к самосборке с образованием разнообразных биосовместимых микро- и наноструктур. Их легко модифицировать и тонко настраивать. Тем не менее, до сих пор пьезоэлектрические свойства были детально изучены лишь для одного дипептида — дифенилаланина.
В результате авторы предложили методику управления размером структур дипептида на примере лейцил-фенилаланина.
«Задачу, которую обычно перед собой ставят исследователи, заключается в получении одного качественного микро- или нанообъекта: кристалла, трубки, стержня, и исследовании его пьезоэлектрических свойств. Мы же в своей работе сначала решили разработать технологию масштабирования, то есть получения большого количества близких по размерам объектов. Используя эту методику, мы получили микрокристаллы лейцил-фенилаланина и микростержни фенилаланил-лейцина, тем самым продемонстрировав, что порядок следования аминокислотных остатков в дипептидах является важнейшим фактором, определяющим конечную структуру, в которую эти молекулы соберутся», — объяснил ученый.
Измеренные пьезоэлектрические коэффициенты оказались больше, чем для ранее изученных наноструктур на основе дифенилаланина. В дальнейшем ученые планируют создать композиционный материал — гибкую матрицу, в которую будут внедрены дипептидные пьезоэлектрики.
Исследование поддержано субсидией, предоставленной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности.