Учёные из Северо-Западного университета разработали новый мягкий, устойчивый электроактивный материал, который может найти применение в медицинских приборах, носимых технологиях и интерфейсах человек-компьютер. Этот материал состоит из крошечных, гибких нанолент, которые можно заряжать как аккумулятор для хранения энергии или записи цифровой информации.
Материал был разработан с использованием пептидов и фрагментов крупных молекул в пластике. Пептидные амфифилы (поверхностно-активные вещества), используемые в этом материале, представляют собой универсальную платформу молекул, которые ранее были разработаны в лаборатории профессора Сэмюэла Стаппа (Samuel I. Stupp). Эти самоорганизующиеся структуры уже продемонстрировали перспективность в регенеративной медицине.
Mark Seniw / Center for Regenerative Medicine / Northwestern University
В новом исследовании команда заменила липидный хвост миниатюрным молекулярным сегментом пластика под названием поливинилиденфторид (ПВДФ ). Но учёные сохранили пептидный сегмент, содержащий последовательности аминокислот. Обычно используемый в аудио и гидроакустических технологиях, ПВДФ представляет собой пластик с необычными электрическими свойствами.
Новый материал имеет высокую энергоэффективность, биосовместимость и изготовлен из экологически чистых материалов. Он может стать основой для создания новых типов сверхлёгких электронных устройств, одновременно снижая воздействие на окружающую среду при производстве и утилизации электроники.
Разработка имеет потенциальное применение в маломощных, энергоэффективных микросхемах памяти, датчиках и накопителях энергии. Её также можно интегрировать в волокна для создания «умных тканей» или медицинских имплантатов в виде наклеек.
«Это совершенно новая концепция в материаловедении и исследовании мягких материалов. Мы представляем себе будущее, в котором пользователь будет носить рубашку со встроенным кондиционером или полагаться на мягкие биоактивные имплантаты, которые ощущаются как ткани и активируются по беспроводной связи, чтобы улучшить работу сердца или мозга», — сказал профессор Сэмюэл И. Стапп.
Новый материал также обладает экологическими преимуществами. В отличие от типичных пластиков, которые остаются в окружающей среде на протяжении столетий, материалы лаборатории Стаппа могут подвергаться биологическому разложению или использоваться повторно без токсичных растворителей или высокоэнергетических процессов.
«Сейчас мы рассматриваем возможность использования новых структур в нетрадиционных приложениях для сегнетоэлектриков, включая биомедицинские устройства и имплантаты, а также каталитические процессы, важные в возобновляемой энергетике. Учитывая использование пептидов в новых материалах, они поддаются функционализации с помощью биологических сигналов. Мы очень воодушевлены этими новыми направлениями», — сказал профессор Стапп.