Ученые представили новый материал на основе простейшей аминокислоты — глицина, который может стать основой для создания биоразлагаемой биоэлектроники и датчиков окружающей среды. В статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials, команда инженерного факультета описала, как им удалось решить главную проблему глицина — его мгновенное растворение в воде — и превратить его в стабильный пьезоэлектрический материал.

Глицин — это молекула, которую наш организм вырабатывает самостоятельно и использует для построения кожи, костей и связок. Он дешев, доступен и легко расщепляется биологическими системами, что делает его идеальным кандидатом для создания экологичных устройств. Однако до сих пор его применение в электронике ограничивалось тем, что при контакте с влагой он распадался за считанные секунды, а его естественная кристаллическая форма не обладала пьезоэлектрическими свойствами — способностью генерировать электричество из механического напряжения.

Чтобы преодолеть эти недостатки, исследователи разработали новый инженерный процесс. Они применили электрическое поле во время кристаллизации глицина в условиях наноограничения — когда частицы изолированы в чрезвычайно малых пространствах. Это позволило выровнять кристаллы по полярности и сохранить пьезоэлектрический эффект. Кроме того, в состав были добавлены молекулярные стабилизаторы, которые предотвращают переход глицина в бесполезную кристаллическую фазу, сохраняя при этом гибкость материала, необходимую для использования в организме человека.

Для замедления распада команда заимствовала фармацевтические стратегии: они заключили глициновую смесь в полимерную матрицу, которая разлагается медленно. Благодаря этому материал сохранил свои пьезоэлектрические свойства в течение 60 дней, и команда ожидает, что в будущем этот срок значительно увеличится.

«Когда я думаю о том, чего мы достигли, я испытываю огромное воодушевление, потому что мы решили одну из самых больших проблем, ограничивающих использование пьезоэлектрических материалов на основе глицина, — сказал Чжуоминь Чжан, научный сотрудник лаборатории и первый автор статьи. — Эта работа приближает нас на один шаг к практическому применению в биомедицине».

В дальнейшем команда планирует проверить стабильность материала при температуре человеческого тела и в различных средах с разным уровнем pH, имитирующих пищеварительный тракт. Также рассматривается сотрудничество с Медицинской школой для создания биоразлагаемых датчиков, которые могли бы заменить существующие устройства мониторинга после хирургических операций.