Ученым УрФУ с коллегами из Университета Авейру удалось получить биосовместимые кристаллические пленки. Они обладают высокими пьезоэлектрическими свойствами — при механическом или тепловом воздействии генерируют электрический ток. Такая особенность будет полезна при создании элементов для инвазивных медицинских устройств, например, кардиостимуляторов.
Нам удалось получить пленки из дифенилаланина, которые обладают высокими пьезоэлектрическими свойствами, сравнимыми с неорганическими аналогами. Под механическим или тепловым воздействием эти пленки вырабатывают электричество. Использование таких пленок будет особенно полезно для создания инвазивных кардиостимуляторов — устройств, которые находятся внутри организма человека. При движении или биении сердца эти пленки станут генерировать ток, который затем будет накапливаться в батареях кардиостимуляторов. Устройства накопления энергии на основе таких материалов могут решить проблему замены выработанных батарей, а также сократят количество хирургических вмешательств.
Заведующий лабораторией функциональных наноматериалов и наноустройств УрФУ Денис Аликин
Дифенилаланин — это форма фенилаланина, одной из 20 аминокислот, из которой состоят белки и которая играет важную роль в биологических процессах. Это вещество является частью человеческого организма, а, соответственно, материалы из дифенилаланина обладают высокой совместимостью с живыми тканями организма.
Денис Аликин рассказал, что неорганические аналоги несут в себе риски отторжения, поскольку такие материалы плохо интегрируются с биологическими объектами. Дифенилаланин как органический материал является биосовместимым, что является важным для создания как инвазивных, так и не инвазивных устройств, отметил ученый. Например, датчики, созданные из органического материала, которые носит человек, будут вызывать меньшее раздражение, чем аналоги из неорганических полимеров.
Ученые синтезировали пленки при помощи нового метода — кристаллизации из аморфной фазы под воздействием водяного пара. Традиционный способ получения дифенилаланина подразумевает кристаллизацию в водном растворе, что приводит к формированию структур с плохо контролируемой морфологией.
Ранее наши коллеги обнаружили в дифенилаланине высокие пьезоэлектрические коэффициенты. Но проблема в том, что создание из этого вещества пленок с плоской морфологией затруднительно, так как в растворе дифенилаланин собирается в трубчатые структуры. И это вызывало большие затруднения, поскольку, когда речь идет о создании элементов для микроэлектроники, то поверхность пленки должна быть ровной, чтобы на нее можно было наносить электроды. Разработанный нами метод решил эту проблему — мы смогли добиться получения пленок с плоской морфологией. Также отметим, что наш метод является уникальным и ранее не был предложен другими научными группами.
Заведующий лабораторией функциональных наноматериалов и наноустройств УрФУ Денис Аликин
Подробную информацию о полученных пленках и новом методе их синтезирования ученые опубликовали в ACS Biomaterials Science & Engineering. Исследование выполнено при поддержке в рамках программы «Приоритет-2030».
Справка
Практически все кардиостимуляторы имплантируются для лечения замедленного сердечного ритма, называемого брадикардией. В состоянии покоя сердце бьется 50–70 раз в минуту, а при стрессе или физических нагрузках частота сердечных сокращений увеличивается в два-три раза. Если сердце бьется слишком медленно, то мозг и тело не получают достаточного притока крови, что негативно сказывается на здоровье человека.
Инвазивные кардиостимуляторы отличаются от других типов устройств тем, что они имплантируются внутри тела пациента с помощью хирургической процедуры. Эти устройства обеспечивают высокую точность управления сердечным ритмом.
По данным Boston scientific, в 2022 году около 3 млн людей во всем мире использовало кардиостимуляторы для поддержания работы сердца. Кроме того, каждый год проводится около 600 тыс. операций, связа:нных с имплантацией кардиостимуляторов.
Фото на заставке: образец пленки. Источник: пресс-служба УрФУ / Андрей Ушаков
Нет комментариев