Projekta nosaukums: Uz pašorganizējošiem peptīdiem balstītu bioloģiski saderīgu enerģijas ieguves sistēmu izstrāde
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/018
Projekta ilgums: 01.04.2025.-31.03.2028.
Projekta vadītājs: Suvankar Mondal
Kopējais finansējums: EUR 185 510
LU CFI finansējums: EUR 9275,50
Projekta kopsavilkums:
Jauniem hibrīdiem nanoģeneratoriem (HNG) no bioloģiski saderīgiem, elastīgiem materiāliem tiek pievērsta liela uzmanība dēļ to augstās ģenerētās elektriskās jaudas un plašām pielietojumu perspektīvām elektroniskajā industrijā. Pieaugošais pieprasījums pēc apkārtējais videi draudzīgiem elektroniskajiem materiāliem, kuri ir viegli izgatavojami un optimizējami ar ķīmisku modificēšanu, ir motivējis pašorganizējušu peptīdu nanocaurulīšu pētījumu attīstību.
Galvenie projekta mērķi:
sintezēt un raksturot pašorganizējošas peptīdu nanocaurulītes un plānās kārtiņas;
izveidot un pārbaudīt HNG, kas izgatavoti uz pašorganizējošu peptīdu mikrostruktūru bāzes, noskaidrojot to enerģijas iegūšanas un pašuzlādējošu sensoru perspektīvas;
izveidot bio-sensorus, kas reģistrē ārējas vides izmaiņas (temperatūra, pH, šķīdinātāji u.c.).
PROJEKTA PROGRESS
06.11.2025. – 30.04.2026.
Šajā periodā tika panākts būtisks progress difenilalanīna (FF) bāzētu funkcionālo materiālu sintēzē un integrācijā enerģijas ieguves un fotonikas pielietojumiem. Tika izstrādāta augstas veiktspējas kristālisko FF plāno plēvju izgatavošana, izmantojot precīzi kontrolētu divpakāpju procesu, kas paredzēts molekulārās sakārtošanās un fāžu tīrības optimizēšanai.
Sākotnēji amorfas FF plēves tika sagatavotas, spinpārklājot 100 mg/mL HFIP bāzētu šķīdumu uz stikla substrātiem pie 5000 apgriezieniem minūtē 3 minūtes. Šajā posmā bija būtiski uzturēt atmosfēras mitrumu zem 30%, lai novērstu priekšlaicīgu kristalizāciju. Pēc tam šīs plēves tika pakļautas šķīdinātāja inducētai kristalizācijas procedūrai klimatiskajā kamerā, kas tika uzturēta 30 °C temperatūrā un 90% relatīvajā mitrumā 6 stundas. Šāda vides kontrole veicināja stabilu kristālisku struktūru veidošanos, ko raksturoja lielas kristāliskas plāksnes un izteikti adatai līdzīgi kristalīti.
Lai paplašinātu funkcionalitāti, tika izstrādātas fotoluminiscējošas FF plēves, ievadot Eu³⁺ jonus kopā ar fotosensibilizatoru molekulām, tostarp benzofenonu (BZP), 1,10-fenantrolīnu (PHEN) un salicilskābi (SA). Tika sistemātiski sagatavota virkne sastāvu: tīrs FF, Eu–FF, fotosensibilizators–FF un hibrīdsistēmas (Eu–fotosensibilizators–FF) ar dažādām koncentrācijām (1, 3, 5 un 8 mol%).
Tika veikta visaptveroša optiskā raksturošana, izmantojot gan fotoluminiscences emisijas (PL), gan fotoluminiscences ierosmes (PLE) spektroskopiju, lai pētītu emisijas uzvedību un ierosmes atkarīgos enerģijas pārneses procesus.
Turklāt izgatavotās FF plānās plēves tika integrētas prototipa pjezoelektriskajās ierīcēs un novērtētas vibrāciju enerģijas ieguvei, izmantojot vertikālas harmoniskas ierosmes iekārtu (TIRA GmbH, TV 50018). Rezultāti parāda šo bioloģiski saderīgo, pašorganizēto materiālu lielo potenciālu nākamās paaudzes pjezoelektriskajiem enerģijas ieguvējiem un daudzfunkcionālām fotoniskām ierīcēm.
Pētnieciskā mobilitātes uzturēšanās Aveiro Universitātē spēlēja nozīmīgu lomu materiālu izgatavošanas un ierīču izstrādes veicināšanā.
12.11.2025.
Šajā periodā tika pārskatīti jaunākie pētījumi par peptīdu bāzētiem pjezoelektriskiem biomateriāliem, īpašu uzmanību pievēršot bioloģiski saderīgu enerģijas ieguves sistēmu attīstībai, izmantojot pašorganizētas difenilalanīna (FF) dipeptīda plēves. Pārskatā tika sniegts detalizēts ieskats sintēzes ceļos, pašorganizācijas mehānismos, pjezoelektriskajā veiktspējā, kā arī potenciālajos pielietojumos biosensēšanā, biomedicīniskajos implantos un pašbarojošās elektroniskās sistēmās.
Tika analizētas arī dažādas plāno plēvju izgatavošanas metodes (pilināšana, tintes printera druka, iegremdēšanas pārklāšana, spinpārklāšana un tvaika fāzes pašorganizācija), lai noteiktu efektīvāko pieeju vienmērīgas kristāliskās orientācijas un uzlabotas pjezoelektriskās atbildes iegūšanai. Pamatojoties uz šiem secinājumiem, tika izstrādāta eksperimentālā metodoloģija FF plāno plēvju izgatavošanai un to raksturošanai.
Kristāliskās FF plēves tika izgatavotas, izmantojot divpakāpju procesu. Vispirms amorfas FF plēves tika sagatavotas no HFIP bāzēta šķīduma (50 mg/mL), spinpārklājot pie 5000 apgriezieniem minūtē 60 sekundes zema mitruma apstākļos (<30%), lai novērstu priekšlaicīgu kristalizāciju. Pēc tam šīs amorfās plēves tika kristalizētas klimatiskajā kamerā pie 30 °C un 90% relatīvā mitruma divas stundas, kas veicināja molekulāro sakārtošanos un vienmērīgu plēves morfoloģiju. FF plēves tika nogulsnētas gan uz vadītspējīgiem Si, gan uz stikla substrātiem, un tajās tika novērotas zonas ar adatai līdzīgiem kristalītiem un lielām kristāliskām plāksnēm.
Dielektriskā raksturošana tika veikta, izmantojot Au un Cr elektrodus, kas tika uzklāti ar magnetronu izsmidzināšanu. Mērījumi tika veikti temperatūras diapazonā no −120 °C līdz 50 °C un frekvenču diapazonā no 130 Hz līdz 1 MHz, izmantojot LINKAM paraugu šūnu, kas savienota ar precīziem impedances analizatoriem. Pareizi elektriskie savienojumi un zemas kapacitātes koaksiālie kabeļi samazināja parazītiskos efektus, savukārt automatizēta temperatūras kontrole nodrošināja uzticamu datu iegūšanu.
Rezultāti parādīja, ka lielākajai daļai Au kontaktu bija zema pretestība, savukārt FF plēvēm uz stikla bija augstāka pretestība un samazināta histerēze ap 0 °C. Kopumā tika panākts būtisks progress FF plāno plēvju izgatavošanas, kristāliskuma un dielektriskās uzvedības izpratnē, nodrošinot spēcīgu pamatu turpmākam darbam pie peptīdu bāzētiem pjezoelektriskiem enerģijas ieguvējiem.