Ai nevoie de electricitate? Începe să plângă.
OK, nu exact. Dar oamenii de știință irlandezi au descoperit că o proteină găsită în lacrimile umane poate, atunci când este pusă sub presiune ridicată, să producă energie electrică. Ei speră că această constatare ar putea duce la o cale mai sigură de a alimenta dispozitivele biomedicale precum stimulatoarele cardiace.
Unele materiale, incluzând cristale, os, lemn și diferite proteine, acumulează o sarcină electrică la stoarcere. Această abilitate, cunoscută sub denumirea de piezoelectricitate directă, are aplicații la fel de variate precum pick-up-uri de chitară, senzori biomedicali, vibratoare de telefon mobil, sonar oceanic și brichete.
Cercetătorii, de la Universitatea din Limerick, au fost interesați să vadă dacă lizozima proteică, găsită în lacrimi, salivă, mucus și lapte - dar mult mai abundentă în ouăle de pui - a avut această proprietate. Au cristalizat lizozima folosind căldură mare, apoi au pus-o sub presiune și i-au măsurat puterea electrică. Ei se așteptau ca coeficientul său piezoelectric - o măsură a puterii sale - să fie în jur de 1 picocombombi pe newton, similar cu alte biomateriale. Dar lizozima a avut efect efect piezoelectric de până la 6, 5 picocoulombi pe newton. Efectul mediu a fost de aproximativ 2 picocoulombe pe newton, similar cu cuarțului.
„Am fost destul de încântați de asta”, spune Aimee Stapleton, autorul principal al studiului. Cercetarea a fost publicată săptămâna trecută în revista Applied Physics Letters .
Stapleton și echipa ei (Sean Curtin, True Media) Cercetarea are o serie de aplicații medicale potențiale. Deoarece lizozima este biocompatibilă, ar putea fi un mod mai sigur de a alimenta dispozitivele biomedicale precum stimulatoarele cardiace, unele dintre ele bazându-se pe materiale toxice precum plumbul. Energia electrică generată de lizozimă ar putea duce, de asemenea, la sisteme mai bune de administrare a medicamentelor, în care pompele alimentate cu lizozimă controlează o eliberare lentă de medicamente.
Întrucât principalul loc de muncă al lizozimului este protejarea împotriva infecțiilor, este un antimicrobian natural.
„Această proprietate antibacteriană ar putea fi utilă în dispozitivele biomedicale”, spune Stapleton.
Lizozima este, de asemenea, abundentă și ușor disponibilă, ceea ce îl face un material ieftin pentru a lucra - este utilizat în mod obișnuit în cercetarea științifică și în industria alimentară ca conservant. Dar, după cum spune Stapleton, „aplicațiile au nevoie de mult timp pentru a fi realizate”.
Următorul pas pentru Stapleton și echipa ei este să analizăm un alt aspect al piezoelectricității, cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers (sau invers). Acest lucru este atunci când aplicarea de electricitate creează o deformare în materialul de cristal. Dacă lizozima arată acest efect, ar putea avea și o serie de utilizări potențiale.
„Cred că performanța este încă cel mai important aspect pentru descoperirea materialelor noi”, spune Xudong Wang, profesor de știință și inginerie a materialelor la Universitatea din Wisconsin. "Lucrarea a menționat coeficientul piezoelectric este aproximativ același ca al cuarțului. Acesta este un fel de scăzut pentru aplicațiile de recoltare a energiei. Va fi foarte interesant să cunoaștem limita teoretică a acestui nou material."
Stapleton a studiat lizozima, deoarece este o proteină care poate fi cristalizată cu ușurință, și având un anumit tip de structură cristalină este un factor cheie pentru potențialul piezoelectric al unui material. Cercetătorii care studiază piezoelectricitatea în materiale biologice au analizat anterior materiale mai complexe precum celulele și țesuturile. Dar Stapleton a considerat că merită să investigăm o simplă proteină, în speranța că ar putea genera o înțelegere mai profundă a procesului de piezoelectricitate.
„Nu înțelegem pe deplin cum funcționează [piezoelectricitatea]”, spune ea. „Așa că ne-am gândit că vom începe cu mai multe blocuri fundamentale.”
