Naukowcy opracowali materiały wykonane z malutkich, elastycznych nanowstążek, które mogą być ładowane tak jak baterie. Może to zrewolucjonizować sektor urządzeń medycznych i elektroniki ubieralnej. Jak to działa?

Rewolucja prosto z USA?

Naukowcy z Northwestern University ze stanu Illinois w Stanach Zjednoczonych opracowali wysoce energooszczędne, biokompatybilne i wykonane z trwałych materiałów nanowstążki, które mogą dać początek nowym typom ultralekkich urządzeń elektronicznych, a zarazem zmniejszyć negatywny wpływ produkcji i utylizacji urządzeń elektronicznych na środowisko. Mogą one znaleźć zastosowanie w energooszczędnych mikroskopijnych układach pamięci, czujnikach i jednostkach magazynowania energii.

– To zupełnie nowa koncepcja w nauce o materiałach i badaniach nad miękkimi materiałami – mówi profesor Samuel I. Stupp z Northwestern University. – Wyobrażamy sobie przyszłość, w której można nosić koszulkę z wbudowaną klimatyzacją lub polegać na miękkich bioaktywnych implantach, które są odczuwane jak tkanki i są aktywowane bezprzewodowo, aby poprawić pracę serca lub mózgu.

Zobacz też: Fotowoltaika na ubraniach? Finowie: można ją prać w pralce

Jak to działa?

Kluczem okazały się tzw. amfifile peptydowe, czyli wszechstronna platforma cząsteczek opracowana wcześniej w laboratorium profesora Stuppa. Te samoorganizujące się struktury tworzą włókna w wodzie i są stosowane w medycynie regeneracyjnej. Cząsteczki zawierają peptydy i segment lipidowy, napędzający samoorganizację cząsteczkową po umieszczeniu w wodzie.

Amfifile to cząsteczki, które posiadają hydrofilową (wodną) głowę i hydrofobowy (wodoodporny) ogon, co umożliwia im interakcję z różnymi środowiskami. W wodzie amfifile tworzą struktury takie jak micele, gdzie ich hydrofobowe ogony chowają się wewnątrz, a hydrofilowe głowy pozostają na zewnątrz. Są kluczowe w biologii, zwłaszcza w tworzeniu błon komórkowych, oraz w przemyśle, na przykład w detergentach, gdzie pomagają w rozpuszczaniu tłuszczu w wodzie. 

W nowym badaniu naukowcy zastąpili ogon lipidowy miniaturowym segmentem cząsteczkowym plastiku o nazwie polifluorek winylidenu (PVDF), który jest powszechnie stosowany w technologiach audio i sonarowych plastik. Zachowali jednak segment peptydowy, który zawiera sekwencje aminokwasów.

PVDF może generować sygnały elektryczne po naciśnięciu, czyli wykazuje się tzw. piezoelektrycznością. Jest także materiałem ferroelektrycznym, co oznacza, że ma strukture polarną, mogącą zmieniać orientację o 180 stopni za pomocą zewnętrznego napięcia. Dominującymi ferroelektrykami w technologii są materiały twarde, często zawierające rzadkie lub toksyczne metale (np. ołów czy niob).

– Ma całą wytrzymałość plastiku, a jednocześnie jest przydatny w urządzeniach elektrycznych – mówi profesor Samuel I. Stupp. – To sprawia, że ​​jest to bardzo wartościowy materiał dla zaawansowanych technologii. Jednak w czystej postaci jego ferroelektryczny charakter nie jest stabilny i jeśli zostanie podgrzany powyżej tzw. temperatury Curie, traci swoją polarność nieodwracalnie.

Nowoopracowane materiały można zintegrować z włóknami tkanymi, tworząc inteligentne tkaniny lub implanty medyczne, przypominające naklejki.

Czytaj też: Ubrania, dzięki którym naładujemy elektronikę? To możliwe!

Źródło: focus.pl, eurekalert.org

Fot.: Canva (1139623/pixabay, Gudella/Getty Images)

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.