Новый мягкий материал можно заряжать, как батареи, и вплетать в ткани

Секрет нового материала — пептидные амфифилы, ранее синтезированные в лаборатории. Эти самоорганизующиеся структуры образуют нити в воде и уже продемонстрировали перспективность в регенеративной медицине. Молекулы пептидных амфифилов содержат пептидную и липидную части, взаимодействие которых инициирует процесс самосборки при контакте с водой.

В новом исследовании команда заменила липидный фрагмент молекулы на миниатюрный сегмент пластика под названием поливинилиденфторид (ПВДФ). Пептидный фрагмент, содержащий последовательности аминокислот, при этом остался неизменным. ПВДФ, широко применяемый в акустических системах и сонарах, обладает уникальными электрическими свойствами.

Материал может генерировать электрические сигналы при нажатии или сжатии — свойство, известное как пьезоэлектричество. Он также относится к сегнетоэлектрикам, то есть обладает электрической поляризацией, направление которой можно поменять на 180 градусов под действием внешнего электрического поля. Как правило, сегнетоэлектриками являются твердые материалы, содержащие редкие или токсичные металлы, такие как свинец и ниобий.

ПВДФ был открыт в конце 1960-х годов и стал первым известным пластиком с сегнетоэлектрическими свойствами. Кроме того, он достаточно прочный. Однако в чистом виде его сегнетоэлектрические свойства нестабильны, и при нагревании выше температуры Кюри он необратимо теряет свою полярность.

Весь пластик, включая ПВДФ, состоит из полимеров — гигантских молекул, образованных тысячами химических структурных единиц. Ученые создали крошечные полимеры, состоящие всего из 3-7 звеньев винилиденфторида. Эти миниатюрные фрагменты с 4, 5 или 6 звеньями, под воздействием природных бета-слоистых структур, характерных для белков, самоорганизовались в стабильную сегнетоэлектрическую фазу.

Сэмюэл И. Ступп, возглавляющий исследование, охарактеризовал это открытие как новую концепцию в области материаловедения и исследований мягких материалов.

По его мнению, в будущем появится одежда со встроенными системами охлаждения или мягкие биоактивные импланты, имитирующие ткани человеческого организма, для беспроводной стимуляции сердечной или мозговой деятельности. Чтобы создать такие устройства, нужны электрические и биологические сигналы. Но обычные материалы, которые проводят электричество, слишком жесткие. Их нельзя вживить в тело или сделать из них одежду. Мягкие материалы, которые тоже проводят электричество, могут стать альтернативным решением.