Что умеют «умные» полимеры: панацея будущего

«К примеру, полимер растворяется в воде при температуре ниже 31℃. Как только температура превышает 31 °C, полимер претерпевает фазовое превращение, полимерные цепочки теряют свойство растворимости, наступает их коллапс, полимерная матрица резко сокращается, и объект начинает двигаться. Такие объекты из наночастиц (в нашем случае - золотых) называются микроплывунами; воздействуя на них инфракрасными лазерными импульсами, мы заставляем их плыть в нужную сторону. Когда-нибудь плывуны будут играть большую роль в наномедицине», - поясняет сотрудник лаборатории Егор Берсенев.

Другой пример - создание специальных многослойных микро- и даже нано-размерных пузырей для доставки лекарств. Направляя на пузырь излучение с определенной длиной волны, можно вызвать фазовый переход, - оболочка раскроется, и лекарство, которое находилась внутри пузыря, высвободится в том месте организма, в котором нужно. Так можно доставлять токсичные лекарственные препараты к раковым опухолям: чем точнее доставка, тем меньше нужна доза, и тем слабее побочные эффекты.

Лишняя соль

Умные пластмассы можно использовать и для опреснения воды. «Сейчас на Физтехе реализуется международный проект, в котором мы пытаемся создать синтетические полимеры, имеющие селективное сродство с катионами щелочных металлов. Одна из целей этого проекта - создать новое поколение систем для опреснения воды, - рассказывает Егор Берсенев. - Химически удалить ионы натрия из водной среды невозможно. Наши полимеры - это достаточно простые макромолекулы, имеющие в своем составе электростатические заряды, так называемые полиэлектролиты. Они селективно связывают катионы натрия в воде, после чего выпадают в осадок».

Идея заключается в использовании полиэлектролитов нового поколения, которые связывают натрий в растворе по схеме «ключ - замок». Структура полиэлектролита такова, что катион натрия идеально подходит для захвата отрицательно заряженными группами. После захвата полиэлектролит выпадает в осадок вместе с натрием, и жидкость из соленой превращается в слабокислую (из-за хлора); такую воду можно пить.

Этот проект реализуется в сотрудничестве с французскими химиками-синтетиками. Первые мембраны на их основе планируется создать уже в 2019 году.

Органическая электроника

«Еще одно направление нашей работы - разработка органических солнечных батарей. Это тонкопленочные устройства толщиной от 50 до 100 нанометров, которые конвертируют свет в электроэнергию. В чем их возможные преимущества перед кремниевыми? Органические солнечные панели тонкие - а значит, мы расходуем совсем немного материала на единицу площади. А еще они сравнительно дешевые. Представьте: человек с тремя баллончиками спрея поднимется на крышу: из первого баллончика на кровлю наносится электрод, из второго - донор, из третьего - акцептор, потом опять электрод, - и крыша превращается в солнечную батарею. К сожалению, КПД такой батареи пока невысок, а стабильность достаточно низкая. Эти проблемы еще предстоит», - уточняет сотрудник лаборатории Кирилл Герасимов. Тем не менее, эта область бурно развивается. И речь не только об органических солнечных батареях, но и о транзисторах, сенсорах и другой микроэлектронике. Совсем скоро такие устройства наводнят рынок, уверены в лаборатории. Возможно, это будут решения для зарядки портативной техники. Представьте: вы идете в поход и распыляете на рюкзак чувствительный органический фотоэлемент; вы идете, а он заряжает ваш телефон.

umnye-polimery1