Vědci našli „zlatou zónu“ pro glycin: Aminokyselina otevírá cestu k biokompatibilní elektronice

Glycin, nejjednodušší aminokyselina, která se přirozeně vyskytuje v lidském těle, skrývá překvapivou schopnost: ve své β-fázi je vysoce piezoelektrický. To znamená, že dokáže přeměňovat mechanický tlak na elektrickou energii.

Glycin, nejjednodušší aminokyselina, která se přirozeně vyskytuje v lidském těle, skrývá překvapivou schopnost: ve své β-fázi je vysoce piezoelektrický. To znamená, že dokáže přeměňovat mechanický tlak na elektrickou energii. Problémem však je, že tato fáze glycinu je obvykle nestabilní a rychle se transformuje na nepiezoelektrickou α-fázi, což brání jejímu praktickému využití v elektronických zařízeních. Vědci se proto zaměřili na to, zda by bylo možné tuto prchavou fázi stabilizovat v miniaturních prostorech.

Tým výzkumníků se soustředil na proces zvaný nanokonfinace. Využili techniku elektrohydrodynamického (EHD) sprejování, při které se pomocí elektřiny kapalný roztok přemění na drobné kapičky. Tímto způsobem se jim podařilo vytvořit nanokrystaly glycinu bez potřeby fyzické formy nebo šablony, což umožnilo studovat krystaly v jejich nejčistší podobě.

Během experimentů vědci objevili velmi specifickou „zlatou zónu“ pro stabilitu těchto krystalů. Zjistili, že piezoelektrická β-fáze zůstává dokonale stabilní, pokud je poloměr krystalu mezi 5 a 120 nanometry. Pokud jsou krystaly příliš malé, zůstávají nestabilními shluky. Pokud jsou větší než 130 nanometrů, rychle ztrácejí své piezoelektrické vlastnosti. Tento objev poskytuje přesný návod, jak malými musí být krystaly, aby si zachovaly své vlastnosti generující elektřinu.

Pro potvrzení svých zjištění použili vědci pokročilou mikroskopii k prozkoumání elektrické odezvy jednotlivých nanokrystalů. Výsledky jasně ukázaly, že v rozsahu 5 až 120 nanometrů krystaly vykazovaly silnou a konzistentní piezoelektrickou odezvu. Díky tomu, že krystaly byly vytvořeny pomocí elektrického pole, došlo také k automatickému zarovnání vnitřních dipólů. To znamená, že tyto materiály by mohly být okamžitě použity v senzorech nebo nabíječkách bez dalšího zpracování.

Tato práce přináší nový pohled na růst molekulárních krystalů v omezených prostorech. Vymezením tohoto režimu stability učinili vědci významný krok k využití biologických molekul v zelené elektronice, která je bezpečná pro lidské tělo. Nyní se zaměřují na integraci těchto stabilních nanokrystalů do flexibilních fólií pro praktické lékařské senzory.