Χρειάζεστε ηλεκτρική ενέργεια; Ξεκινήστε το κλάμα.
Εντάξει, όχι ακριβώς. Ωστόσο, οι Ιρλανδοί επιστήμονες ανακάλυψαν ότι μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στα ανθρώπινα δάκρυα μπορεί, όταν τοποθετηθεί υπό υψηλή πίεση, να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ελπίζουν ότι το εύρημα αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε ασφαλέστερο τρόπο για την εξουσία βιοϊατρικών συσκευών όπως οι βηματοδότες.
Ορισμένα υλικά, συμπεριλαμβανομένων των κρυστάλλων, των οστών, του ξύλου και των διαφόρων πρωτεϊνών, συσσωρεύουν ένα ηλεκτρικό φορτίο όταν συμπιέζονται. Αυτή η δυνατότητα, γνωστή ως άμεση πιεζοηλεκτρική, έχει εφαρμογές τόσο ποικίλες όπως κιθάρα, βιοϊατρικούς αισθητήρες, δονητές κινητών τηλεφώνων, sonar ωκεανού και αναπτήρες τσιγάρων.
Οι ερευνητές, από το Πανεπιστήμιο του Limerick, ενδιαφέρονταν να δουν αν η πρωτεΐνη λυσοζύμη, που βρέθηκε σε δάκρυα, σάλιο, βλέννα και γάλα - αλλά πολύ πιο άφθονη στα αυγά κοτόπουλου - είχε αυτή την ιδιότητα επίσης. Κρυσταλλοποίησαν τη λυσοζύμη χρησιμοποιώντας υψηλή θερμότητα, έπειτα το έβαλαν υπό πίεση και μέτρησαν την ηλεκτρική της απόδοση. Αναμένανε ότι ο πιεζοηλεκτρικός συντελεστής - ένα μέτρο της ισχύος του - θα ήταν περίπου 1 picocoulombs ανά newton, παρόμοιο με άλλα βιοϋλικά. Αλλά η λυσοζύμη είχε πραγματικά ένα πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα μέχρι 6 picocoulombs ανά newton. Το μέσο αποτέλεσμα ήταν περίπου 2 picocoulombs ανά newton, παρόμοιο με το χαλαζία.
"Είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι με αυτό", λέει ο Aimee Stapleton, ο κύριος συγγραφέας της μελέτης. Η έρευνα δημοσιεύθηκε την περασμένη εβδομάδα στο περιοδικό Applied Physics Letters .
Ο Stapleton και η ομάδα του (Sean Curtin, True Media) Η έρευνα έχει πολλές πιθανές ιατρικές εφαρμογές. Επειδή η λυσοζύμη είναι βιοσυμβατή, θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι ένας ασφαλέστερος τρόπος τροφοδοσίας βιοϊατρικών συσκευών όπως οι βηματοδότες, μερικοί από τους οποίους βασίζονται σε τοξικά υλικά όπως ο μόλυβδος. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από λυσοζύμη μπορεί επίσης να οδηγήσει σε καλύτερα συστήματα χορήγησης φαρμάκων, στα οποία οι αντλίες με λυσοζύμη ελέγχουν αργή απελευθέρωση φαρμάκων.
Δεδομένου ότι η κύρια εργασία της λυσοζύμης είναι να προστατεύει από τη μόλυνση, είναι ένα φυσικό αντιμικροβιακό.
"Αυτή η αντιβακτηριακή ιδιότητα θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε βιοϊατρικές συσκευές", λέει ο Stapleton.
Η λυσοζύμη είναι επίσης άφθονη και άμεσα διαθέσιμη, καθιστώντας το ένα φθηνό υλικό για να συνεργαστεί - χρησιμοποιείται συνήθως στην επιστημονική έρευνα και στη βιομηχανία τροφίμων ως συντηρητικό. Αλλά, όπως λέει ο Stapleton, "οι εφαρμογές, παίρνουν ένα φοβερό χρόνο για να πραγματοποιηθούν."
Το επόμενο βήμα για τη Stapleton και την ομάδα της είναι να εξετάσουμε μια άλλη πτυχή της πιεζοηλεκτρικής, γνωστή ως αντίστροφη (ή αντίστροφη ή αντίστροφη) πιεζοηλεκτρική δράση. Αυτό συμβαίνει όταν η εφαρμογή ηλεκτρισμού δημιουργεί παραμόρφωση στο κρυσταλλικό υλικό. Εάν η λυσοζύμη παρουσιάζει αυτό το αποτέλεσμα, θα μπορούσε να έχει και πολλές πιθανές χρήσεις.
"Πιστεύω ότι η απόδοση εξακολουθεί να είναι η πιο σημαντική πτυχή για την ανακάλυψη νέων υλικών", λέει ο Xudong Wang, καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικών Υλικών στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin. "Το χαρτί ανέφερε ότι ο πιεζοηλεκτρικός συντελεστής είναι περίπου ο ίδιος με τον χαλαζία, που είναι πολύ χαμηλός για εφαρμογές συλλογής ενέργειας και θα είναι πολύ ενδιαφέρον να γνωρίζουμε το θεωρητικό όριο αυτού του νέου υλικού".
Ο Stapleton μελετούσε τη λυσοζύμη επειδή είναι μια πρωτεΐνη που μπορεί εύκολα να κρυσταλλωθεί και έχοντας έναν ορισμένο τύπο κρυσταλλικής δομής είναι ένας βασικός παράγοντας για το πιεζοηλεκτρικό δυναμικό ενός υλικού. Οι ερευνητές που μελετούν την πιεζοηλεκτρικότητα σε βιολογικά υλικά έχουν εξετάσει προηγουμένως πιο περίπλοκα υλικά όπως κύτταρα και ιστούς. Όμως ο Stapleton θεώρησε ότι αξίζει να διερευνήσει μια απλή πρωτεΐνη, με την ελπίδα ότι θα μπορούσε να προκαλέσει μια βαθύτερη κατανόηση της διαδικασίας της πιεζοηλεκτρικής.
«Δεν καταλαβαίνουμε πλήρως πώς λειτουργεί η πιεζοηλεκτρική ενέργεια», λέει. "Έτσι πιστεύαμε ότι θα ξεκινήσαμε με πιο θεμελιώδεις δομικές μονάδες".
