Разработан метод самосборки пьезоэлектрических биоматериалов для медицинских устройств

Исследовательская группа под руководством Гонконгского университета науки и технологии разработала новую методику самосборки тонкого слоя аминокислот с упорядоченной ориентацией на большой площади, который демонстрирует высокую пьезоэлектрическую прочность.

Это делает возможным изготовление в ближайшем будущем биосовместимых и биоразлагаемых медицинских микроустройств, таких как кардиостимуляторы и имплантируемые биосенсоры.

Генерация биоэлектричества за счет пьезоэлектрического эффекта — обратимого преобразования механической и электрической энергии — имеет физиологическое значение в живых системах. Пьезоэлектрические заряды, генерируемые большеберцовой костью человека при ходьбе, способствуют ремоделированию и росту костей. Кроме того, пьезоэлектрический потенциал в легких, возникающий в процессе дыхания, может способствовать связыванию кислорода с гемоглобином.

В настоящее время большинство пьезоэлектрических материалов являются жесткими, хрупкими, а некоторые из них даже содержат токсичные вещества, такие как свинец и кварц, что делает их непригодными для имплантации в человеческое тело. Пьезоэлектрические биоматериалы, такие как аминокислоты, являются перспективной альтернативой, поскольку они обладают естественной биосовместимостью, надежностью и устойчивостью. Однако манипулирование биомолекулами в масштабе с выверенной ориентацией для правильного функционирования оказалось сложным и остается международной научной проблемой на протяжении 80 лет.

Решая эту давнюю проблему, группа специалистов под руководством профессора Чжэнбао Янга, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники HKUST, недавно разработала стратегию активной самосборки тонких пьезоэлектрических биоматериалов с помощью синергетического наноконфигурирования и полировки in-situ. Это позволяет биомолекулам самособираться на очень большой площади с одинаковой ориентацией. Что еще более важно, на основе этой новой методики специалисты обнаружили, что пленки одной из аминокислот, β-глицина, демонстрируют повышенный коэффициент пьезоэлектрической деформации 11,2pmV-1, что является самым высоким показателем по сравнению с другими биомолекулярными пленками.

Самособирающиеся пьезоэлектрические биомолекулярные пленки способны генерировать электрические сигналы от механических напряжений, возникающих при растяжении мышц, дыхании, кровотоке и небольших движениях тела. При этом они не требуют батареек, а просто растворяются в организме по завершении своей работы.

Профессор Янг отметил:

Наше исследование показало равномерно высокий пьезоэлектрический отклик и отличную термостабильность всей пленки β-глицина. Отличные выходные характеристики, естественная биосовместимость и биоразлагаемость нанокристаллических пленок β-глицина имеют практическое значение для высокопроизводительных переходных биологических электромеханических приложений, таких как имплантируемый биосенсор, беспроводной источник питания для биорезорбируемой электроники, смарт-чип и других биомедицинских инженерных целей.

Команда будет продолжать исследовать способы улучшения гибкости пленки, чтобы она соответствовала биологическим тканям, и добиваться недорогого массового производства биорезорбируемых пьезоэлектрических пленок. Кроме того, планируется провести эксперименты на животных, чтобы продемонстрировать возможности применения биомедицинских материалов in vivo.

Данное исследование является совместной работой с Городским университетом Гонконга и Университетом Вуллонгонга (Австралия). Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Communications.

10.08.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса