Нуждаете се от електричество? Започнете да плачете.
Добре, не точно. Но ирландските учени откриха, че протеин, открит в човешки сълзи, може, когато бъде поставен под високо налягане, да произвежда електричество. Те се надяват тази констатация да доведе до по-безопасен начин за захранване на биомедицински устройства, като пейсмейкъри.
Някои материали, включително кристали, кост, дърво и различни протеини, натрупват електрически заряд при пресоване. Тази способност, известна като директна пиезоелектричност, има разнообразни приложения като пикапи за китара, биомедицински сензори, вибратори за мобилни телефони, океански сонари и запалки за цигари.
Изследователите от Университета в Лимерик се интересуват дали протеиновият лизоцим, открит в сълзи, слюнка, слуз и мляко - но далеч по-обилен в пилешките яйца - има и това свойство. Те кристализирали лизозима, използвайки силна топлина, след което го поставили под налягане и измервали електрическата му мощност. Те очакваха, че пиезоелектричният му коефициент - мярка за неговата мощност - ще бъде около 1 пикокулома на нютон, подобно на други биоматериали. Но всъщност лизозимът има пиезоелектричен ефект до 6, 5 пикокуломи на нютон. Средният ефект беше около 2 пикокуломи на нютон, подобно на кварца.
„Бяхме много развълнувани от това“, казва Ейми Стейпълтън, водещ автор на изследването. Изследването е публикувано миналата седмица в списанието Applied Physics Letters .
Стейпълтън и нейният екип (Шон Къртин, True Media) Изследването има редица потенциални медицински приложения. Тъй като лизозимът е биосъвместим, той потенциално може да бъде по-безопасен начин за захранване на биомедицински устройства като пейсмейкъри, някои от които разчитат на токсични материали като олово. Генерираната от лизозим електроенергия също може потенциално да доведе до по-добри системи за доставяне на лекарства, при които помпите, захранвани с лизозими, контролират бавното освобождаване на лекарствата.
Тъй като основната работа на лизозима е защита от инфекция, той е естествен антимикробен препарат.
„Това антибактериално свойство може да бъде полезно в биомедицинските устройства“, казва Стейпълтън.
Лизозимът също е изобилен и лесно достъпен, което го прави евтин материал за работа - често се използва в научните изследвания и в хранително-вкусовата промишленост като консервант. Но, както казва Стейпълтън, „приложенията отнемат ужасно много време, за да бъдат реализирани“.
Следващата стъпка за Стейпълтън и нейния екип е да разгледа друг аспект на пиезоелектриката, известен като обратния (или обратния, или обратния) пиезоелектричен ефект. Това е, когато прилагането на електричество създава деформация в кристалния материал. Ако лизоцимът покаже този ефект, той може да има и редица потенциални приложения.
„Мисля, че представянето все още е най-важният аспект за откриването на нови материали“, казва Ксудонг Уанг, професор по материалознание и инженерство в Университета на Уисконсин. "Хартията споменава, че пиезоелектрическият коефициент е приблизително същият като кварца. Това е малко за приложенията за събиране на енергия. Ще бъде много интересно да се знае теоретичната граница на този нов материал."
Стейпълтън е изучавал лизозима, защото това е протеин, който може лесно да се кристализира и наличието на определен тип кристална структура е ключов фактор за пиезоелектрическия потенциал на материала. Изследователи, изучаващи пиезоелектричност в биологични материали, преди това са разгледали по-сложни материали като клетки и тъкани. Но Стейпълтън прецени, че си струва да проучи обикновен протеин с надеждата, че той може да генерира по-дълбоко разбиране на процеса на пиезоелектричност.
„Не разбираме напълно как работи [пиезоелектричността]“, казва тя. „Затова решихме, че ще започнем с по-фундаментални градивни елементи.“
