Новые композиты с магнитными и электрическими свойствами помогут в лечении нейродегенеративных заболеваний

Ученые из БФУ имени И. Канта совместно с коллегами придумали, как можно улучшить магнитоэлектрические свойства полимерных нанокомпозитов, модифицируя их компоненты. Получившийся материал способен создавать на поверхности электрический заряд при приложении внешнего магнитного поля или механического напряжения. Эти свойства, например, можно использовать в биомедицине для создания управляемых биоинтерфейсов, которые помогут увеличить количество стволовых клеток в культуре и направить их по определенному пути дифференцировки. В дальнейшем эту технологию исследователи смогут применять в тканевой инженерии. Статья опубликована в журнале Nanomaterials. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Полимерные композитные материалы, которые сочетают в себе магнитные и электрические свойства, сегодня привлекают особое внимание исследователей. Основное их свойство — способность преобразовывать электрическую поляризацию в магнитное поле и наоборот. Несмотря на то, что существуют материалы, которые гораздо лучше проявляют магнитоэлектрический эффект, композиты на основе полимеров проще изготовить, а также можно легко настроить их характеристики. Такие композиты имеют большой потенциал в самых разных областях. Например, на их основе ученые разрабатывают поверхности, которые помогают культивировать различные клетки. В них полимерные композиты применяют как подложку, через которую можно воздействовать на культуру с помощью бесконтактного и управляемого электрического заряда и структурных свойств поверхности, имитирующих естественные условия в организме.

Ученые из Балтийского федерального университета имени И. Канта совместно с российскими и зарубежными коллегами создали два вида подобных композитов на основе полимеров поливинилиденфторида (PVDF) и сополимера на его основе с использованием трифторэтилена PVDF-TrFE. Поливинилденфторид является универсальным материалом широкого применения и в определенной кристаллической фазе обладает пьезоэлектрическими свойствами, то есть при механическом воздействии возникает электрическая поляризация. Она также возникает при приложении магнитного поля — благодаря включению в структуру полимера магнитных наночастиц.

Исследователи применили различные подходы по модификации нанокомпозитов для того, чтобы усилить магнитоэлектрический отклик и управлять им. Они использовали сополимер на основе PVDF с наболее выраженными пьезоэлектрическими свойствами и пьезоэлектрические и магнитные частицы. Так, например, было показано, что добавление частиц титаната бария (BaTiO3) с концентрацией 5–10% способно значительно усилить магнитоэлектрический эффект.

«Также мы показали, что наши композиты биосовместимы, то есть не наносят вреда живым системам. Эксперимент с эмбриональными стволовыми клетками мыши подтвердил это, а ведь этот тип клеток очень чувствителен к условиям культивирования, в том числе и к свойствам подложки. Дальнейшие исследования будут направлены на повышение магнитоэлектрического эффекта. Это возможно за счет изменения размера, формы и концентрации частиц в таких композитах», — комментирует Екатерина Левада, PhD, заведующая лабораторией биомедицинских приложений НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения».