Ученые КФУ разработали метод создания пьезоэлектриков на основе дипептидов

Ученые из Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета вместе с коллегами из Казанского научного центра РАН обнаружили, что дипептиды — это перспективные соединения для создания органических пьезоэлектрических материалов.

Дипептиды — это молекулы, состоящие из двух аминокислот, которые могут самостоятельно собираться в микро- и наноструктуры. Эти структуры биосовместимы, то есть безопасны для живых организмов, и их свойства можно легко менять.

Команда исследователей, в которую вошли директор института Марат Зиганшин, Суфия Зиганшина, магистрант Елена Кудрявцева и сотрудники Казанского научного центра Анна Морозова, Надежда Курбатова и Анастас Бухараев, изучала, как дипептиды могут генерировать электричество под воздействием механической силы и наоборот. Результаты опубликованы в журнале Applied Materials Today.

Марат Зиганшин объяснил, что пьезоэлектрические материалы, которые могут превращать механическую энергию в электрическую и обратно, сейчас активно исследуются. Обычно такие материалы делают из неорганических соединений, например, из цирконата-титаната свинца или титаната бария. Однако эти материалы не всегда безопасны для живых организмов, что ограничивает их использование в медицине. Поэтому ученые ищут биосовместимые альтернативы.

Органические пьезоэлектрики, такие как полимеры или полисахариды, уже используются, но их эффективность пока низкая — они генерируют слишком мало электричества. Мы решили сосредоточиться на дипептидах, потому что они безопасны и их свойства можно легко настраивать, — рассказал Марат Зиганшин.

Одна из главных проблем, с которой столкнулись ученые, — это воспроизводимость. Обычно исследователи создают один микро- или нанообъект, например, кристалл или трубку, и изучают его свойства. Но команда из Казани пошла дальше: они разработали метод, который позволяет получать большое количество одинаковых структур. В качестве примера они использовали дипептид лейцил-фенилаланин.

Мы смогли управлять размером структур и получать нужное количество микрообъектов с заданными параметрами. Это важно, потому что порядок аминокислот в дипептиде определяет, какую структуру они образуют, — пояснил Марат Зиганшин.

С помощью атомно-силовой микроскопии ученые измерили пьезоэлектрические коэффициенты для двух типов структур: микрокристаллов лейцил-фенилаланина и микростержней фенилаланил-лейцина. Оказалось, что эти коэффициенты выше, чем у ранее изученных материалов на основе дифенилаланина.

В будущем исследователи планируют создать гибкий композиционный материал, в который будут встроены дипептидные пьезоэлектрики. Это может открыть новые возможности для использования таких материалов в медицине, например, для создания имплантов или устройств, которые будут собирать энергию от движений тела.

Ранее ученые разработали пьезоэлектрический графен.

Источник новости: Департамент по информационной политике КФУ. Иллюстрация: нейросеть.

28.02.2025