1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2022-27-1-19-27544.225.22:620.3Electrically conductive carbon nanotube framework materialsЭлектропроводящие каркасные материалы из углеродных нанотрубокКуксин Артем Викторович КуксинАртем Викторович ViktorovichKuksin ArtemKuksin Artem ViktorovichГлухова Ольга Евгеньевна ГлуховаОльга Евгеньевна EvgenevnaGlukhova OlgaGlukhova Olga EvgenevnaГерасименко Александр ЮрьевичГерасименкоАлександр ЮрьевичGerasimenkoAlexander Yu.Alexander Yu. GerasimenkoНациональный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, РоссияПервый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова Минздрава России, г. Москва, Россия; Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, г. Саратов, РоссияНациональный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия; Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова, г. Москва, Россия 1927http://ivuz-e.ru/issues/1-_2022/elektroprovodyashchie_karkasnye_materialy_iz_uglerodnykh_nanotrubok/

Most promising materials for creating biointerfaces are electrically conductive materials based on carbon and its modifications. Such materials can be used for targeted stimulation of cells and tissues with high spatial resolution. In this work, carbon nanotubes are considered to be used for electrically conductive materials creation because of their outstanding electrical, mechanical and optical properties. It was shown that under the influence of laser radiation, it is possible to achieve the effect of welding with the formation of branched networks on a silicon substrate and within the biopolymer matrix. As a result of experimental studies, the radiation energy density was established at which the effect of single-walled carbon nanotubes bonding to each other appears - 0.061 J/cm. The mechanism of porous materials based on biopolymers albumin, collagen and chitosan formation containing single-walled carbon nanotubes has been determined. Materials were made from single-walled carbon nanotubes and biopolymers with controlled pore size. The pore volume was more than 60 % of the nanocomposite volume.

Для создания биоинтерфейсов наиболее перспективными являются электропроводящие материалы на основе углерода и его модификаций. Такие материалы можно использовать для направленной стимуляции клеток и тканей с высоким пространственным разрешением. В работе для создания электропроводящих материалов предложено применение углеродных нанотрубок ввиду их уникальных электрических, механических и оптических характеристик. Показано, что под воздействием лазерного излучения можно достичь эффекта сваривания с образованием разветвленных сетей на кремниевой подложке и в объеме биополимерной матрицы. В результате экспериментальных исследований установлена плотность энергии излучения, равная 0,061 Дж/см, при которой появляется эффект связывания одностенных нанотрубок между собой. Определен механизм формирования пористых материалов на основе биополимеров альбумина, коллагена и хитозана, содержащих в своем составе одностенные углеродные нанотрубки. Изготовлены материалы из одностенных углеродных нанотрубок и биополимеров с контролируемым размером пор. Объем пор составил более 60 % от объема нанокомпозита. Созданные материалы могут иметь различную форму для производства независимых имплантируемых структур или покрытий для имплантируемых устройств.

углеродные нанотрубкилазерное излучениеэлектрическая проводимостьнаноэлектроникабиоэлектроникаработа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 21-19-00226). Rastogi S. K., Kalmykov A., Johnson N., Cohen-Karni T. Bioelectronics with nanocar-bons // J. Mater. Chem. B. 2018. Vol. 6. Iss. 44. P. 7159–7178. doi: https://doi.org/10.1039/C8TB01600CStrength of carbon nanotubes depends on their chemical structures / A. Takakura, K. Beppu, T. Nishihara et al. // Nat. Commun. 2019. Vol. 10. Art. No. 3040. doi: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10959-7Advances in carbon nanotubes – hydrogel hybrids in nanomedicine for therapeutics / A. Vashist, A. Kaushik, At. Vashist et al. // Adv. Healthcare Mater. 2018. Vol. 7. Art. ID: 1701213. doi: https://doi.org/10.1002/adhm.201701213Liu Y.-T., Yao T.-T., Zhang W.-S., Wu G.-P. Laser welding of carbon nanotube networks on carbon fibers from ultrasonic-directed assembly // Mater. Lett. 2019. Vol. 236. P. 244–247. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.09.161Hydrogen storage in heat welded random CNT network structures / Z. Ozturk, C. Baykasoglu, A. T. Celebi et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2015. Vol. 40. Iss. 1. P. 403–411. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.10.148Vibration promotes heat welding of single-walled carbon nanotubes / N. M. Piper, Y. Fu, J. Tao et al. // Chem. Phys. Lett. 2011. Vol. 502. Iss. 4–6. P. 231–234. doi: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.12.068Laser fabrication of composite layers from biopolymers with branched 3D networks of single-walled carbon nanotubes for cardiovascular implants / A. Yu. Gerasimenko, U. E. Kurilova, M. S. Savelyev et al. // Compos. Struct. 2021. Vol. 260. Art. ID: 113517. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113517Biocompatible SWCNT conductive composites for biomedical applications / A. Markov, R. Wördenweber, L. P. Ichkitidze et al. // Nanomat. 2020. Vol. 10. Iss. 12. Art. ID: 2492. doi: https://doi.org/10.3390/nano10122492Song J., Winkeljann B., Lieleg O. Biopolymer-based coatings: promising strategies to improve the biocompatibility and functionality of materials used in biomedical engineering // Adv. Mater. Interfaces. 2020. Vol. 7. Art. ID: 2000850. doi: https://doi.org/10.1002/admi.202000850Electrospun collagen – chitosan – TPU nanofibrous scaffolds for tissue engineered tubu-lar grafts / C. Huang, R. Chen, Q. Ke et al. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2011. Vol. 82. Iss. 2. P. 307–315. doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2010.09.002Badawy M. E. I., Rabea E. I. A biopolymer chitosan and its derivatives as promising antimicrobial agents against plant pathogens and their applications in crop protection // Int. J. Carbohydr. Chem. 2011. Vol. 2011. Art. ID: 460381. doi: https://doi.org/10.1155/2011/460381Yuan Y., Chen J. Nano-welding of multi-walled carbon nanotubes on silicon and silica surface by laser irradiation // Nanomaterials. 2016. Vol. 6 (3). Art. No. 36. doi: https://doi.org/10.3390/nano6030036Laser technology for the formation of bioelectronic nanocomposites based on single-walled carbon nanotubes and proteins with different structures, electrical conductivity and bio-compatibility / A. Yu. Gerasimenko, U. E. Kurilova, I. A. Suetina et al. // Appl. Sci. 2021. Vol. 11 (17). Art. ID: 8036. doi: https://doi.org/10.3390/app11178036