Ученые предложили глицин в качестве элемента медицинской электроники
Усилить пьезоэлектрический эффект в кристаллах глицина смогли ученые из МИЭТ в составе международной группы. По их словам, с помощью механической полировки модификации этой аминокислоты можно увеличить эффективность пьезоэлектрического отклика от трех до пяти раз по сравнению с обычными кристаллами. Проделанная работа важна для создания биосовместимых электромеханических устройств малого размера, пояснили исследователи. Результаты опубликованы в Physica Scripta.
Разработка микро- и наноразмерных электрических приборов, совместимых с организмом человека, является важным направлением в медицине высоких технологий. Например, как показали исследования, электростимуляция клеток ускоряет заживление ран, а встраивание электрических элементов в различные имплантаты улучшает их управляемость, рассказали ученые Национального исследовательского университета «МИЭТ» (МИЭТ).
Они пояснили, что сейчас для изготовления такой электроники используют полимеры и композиты, обладающие достаточно большим «сродством» с человеческими тканями, однако наиболее близкими для организма являются те материалы, которые изготовлены из соединений, присутствующих в теле человека в большом количестве.
Примером такого вещества может служить глицин – простейшая аминокислота, которая является нейромедиатором в центральной нервной системе и присутствует во многих белках живых организмов. В твердом состоянии это соединение представляет собой кристаллы, которые могут иметь разное внутреннее строение.
Некоторые кристаллические вещества демонстрируют пьезоэлектрический эффект, благодаря которому способны проводить ток при приложении механического усилия, например сжатия. Также в упорядоченных структурах может образовываться движение заряженных частиц при повышении температуры – такой эффект называется сегнетоэлектрическим, пояснили специалисты.
Исследователи из МИЭТ и МИРЭА вместе с учеными Португалии и Нидерландов разработали способ повышения электрической «эффективности» кристаллов γ-глицина путем локальной механической полировки.«
"Полированные на молекулярном уровне кристаллы демонстрировали улучшенную пьезо- и сегнетоэлектрическую активность и более эффективное переключение под воздействием электрического поля", – пояснил доцент Института перспективных материалов и технологий Максим Силибин.
Исследователь рассказал, что механическая полировка γ-глицина улучшает его пьезоэлектрические свойства, а это в свою очередь может привести к усилению чувствительности датчиков и эффективности устройств для сбора энергии. Усиление пьезоэлектрического эффекта зависит от ориентации прилагаемого давления: так, вдоль одной оси он увеличивается втрое, по перпендикулярной – впятеро.
«Понимание и управление процессами в кристаллах γ-глицина позволит сделать приборы для прямого обмена информации с импульсами нервной системы и мозга», – пояснил М.В.Силибин.
В дальнейшем исследовательский коллектив из МИЭТ и МИРЭА планирует провести дополнительное изучение других механических или химических методов обработки γ-глицина и подобных материалов для оптимизации их пьезо- и сегнетоэлектрических свойств.
МИЭТ – участник программы государственной поддержки университетов РФ «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».
