Химики ТГУ научились выращивать «умные ткани» внутри волокон

В основе разработки — внедрение металлоорганических координационных полимеров (MOF) в структуру синтетических или натуральных волокон. Результаты исследований опубликованы в журналах Inorganic Chemistry Communications (Q1) и «Журнал неорганической химии» (первая категория Белого списка).

«В 2025 году за работы в области металлоорганических координационных полимеров (MOF – metal-organic frameworks) была присуждена Нобелевская премия по химии, – говорит одна из авторов публикации, студентка четвертого курса химического факультета ТГУ Валерия Лобанова. – Однако широкого применения эти новые уникальные материалы пока не находят, поскольку имеют свои недостатки: являются сыпучими, их пористая структура используется не полностью».

Учёные ХФ ТГУ — заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции Григорий Мамонтов и Полина Мацкан, а также студентка ХФ Валерия Лобанова — решили эти проблемы, предложив способ иммобилизации частиц MOF в структуре ткани.

«Отличие нашего подхода заключается в том, что мы не наносим материал на ткань, а выращиваем его непосредственно в структуре ткани, это позволяет не только увеличить содержание металлоорганического координационного полимера до 10-25% в таком композитном материале, но и прочнее закрепить его в структуре ткани» – объясняет Валерия Лобанова.

Суть метода заключается в следующем: в ткань вводится предшественник, из которого затем в условиях повышенной температуры в воде или органическом растворителе с помощью специальных молекул-линкеров происходит самосборка материала. Наноразмерные частицы MOF формируются как на поверхности нитей, так и в межнитьевом пространстве, что обеспечивает высокую стабильность. В качестве основы химики использовали натуральный хлопок и синтетический полиэтилентерефталат (ПЭТФ, лавсан, полиэстер); сейчас спектр тканей расширяется.

«Мы уже попробовали нанести три типа металлоорганических координационных полимеров на ткани. Один тип материала (Cu-HKUST) придал ткани сорбционные свойства по отношению к различным газообразным загрязнителям. Другой тип каркасного соединения дает возможность не только поглощать вредные или даже особо опасные органические соединения, то и нейтрализовывать их за счет каталитического разрушения» – поясняет заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции ХФ ТГУ Григорий Мамонтов.

Третий тип (MIL‑100(Fe)) демонстрирует фотокаталитическую активность: он разрушает органические соединения под действием солнечного света. В ходе исследований этот материал показал эффективность при очистке воды от фенола при комнатной температуре. Примечательно, что он был синтезирован также при комнатной температуре, что значительно упрощает синтез и облегчает масштабирование

Новый способ позволяет создавать композитные материалы с комбинированными свойствами. В них полезные качества ткани — гибкость, прочность, механическая стабильность, фильтрующая способность — сочетаются со свойствами встроенных MOF (сорбционными, каталитическими, фотокаталитическими и их комбинациями). Материалы могут реагировать на внешние условия (температуру окружающей среды, температуру тела, влажность), что делает их основой для «умных» тканей. Такие ткани могут поглощать вредные вещества из воздуха или запахи, а затем самоочищаться под действием солнечного света или мягкого ультрафиолета, разлагая адсорбированные вещества до безопасных.

Потенциал применения широк: очистка воды, самоочищающаяся одежда; наночастицы MOF могут также служить капсулами для лекарственных средств (лечение кожных заболеваний), контролировать воздействие вредных факторов на производстве или в медицине, использоваться для сбора информации о состоянии людей, а также выполнять роль «контейнеров» для антипиренов, подавляя горение ткани. Благодаря разнообразию структур MOF и возможности их комбинирования с тканями, исследования открывают широкие области применения и актуальны как для фундаментальной науки, так и для решения прикладных задач.

Химики ТГУ уже получили патент на разработку (патент РФ RU 2 842 392). Работы выполняются на химическом факультете ТГУ в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (FSWM-2025-0013).