Нужно электричество? Начни плакать.
ОК, не совсем. Но ирландские ученые обнаружили, что белок, содержащийся в человеческих слезах, может, когда находится под высоким давлением, производить электричество. Они надеются, что этот вывод может привести к более безопасному способу питания биомедицинских устройств, таких как кардиостимуляторы.
Некоторые материалы, в том числе кристаллы, кости, дерево и различные белки, накапливают электрический заряд при сжатии. Эта способность, известная как прямое пьезоэлектричество, имеет различные применения, такие как звукосниматели для гитар, биомедицинские датчики, вибраторы для сотовых телефонов, океанские сонары и зажигалки.
Исследователи из Университета Лимерика интересовались, есть ли у этого свойства белок лизоцим, содержащийся в слезах, слюне, слизи и молоке, но гораздо более богатый в куриных яйцах. Они кристаллизовали лизоцим, используя высокую температуру, затем поместили его под давление и измерили его электрическую мощность. Они ожидали, что его пьезоэлектрический коэффициент - мера его мощности - будет составлять около 1 пикоуломба на ньютон, как и другие биоматериалы. Но лизоцим фактически имел пьезоэлектрический эффект до 6, 5 пикокуломов на ньютон. Средний эффект составлял около 2 пикокуломов на ньютон, аналогично кварцу.
«Мы были очень взволнованы этим», - говорит Эйми Стэплтон, ведущий автор исследования. Исследование было опубликовано на прошлой неделе в журнале Applied Physics Letters .
Стэплтон и ее команда (Шон Кертин, True Media) Исследование имеет ряд потенциальных медицинских приложений. Поскольку лизоцим является биосовместимым, он потенциально может быть более безопасным способом питания биомедицинских устройств, таких как кардиостимуляторы, некоторые из которых зависят от токсичных материалов, таких как свинец. Электричество, вырабатываемое лизоцимом, может также потенциально привести к улучшению систем доставки лекарств, в которых насосы на основе лизоцима контролируют медленное высвобождение лекарств.
Поскольку основной задачей лизоцима является защита от инфекции, он является природным антимикробным средством.
«Это антибактериальное свойство может быть полезным в биомедицинских устройствах», - говорит Стэплтон.
Лизоцим также в изобилии и легко доступен, что делает его недорогим материалом для работы - его обычно используют в научных исследованиях и в пищевой промышленности в качестве консерванта. Но, как говорит Стэплтон, «приложения, они реализуются ужасно долго».
Следующим шагом для Стэплтона и ее команды является рассмотрение другого аспекта пьезоэлектричества, известного как обратный (или обратный, или обратный) пьезоэлектрический эффект. Это когда применение электричества создает деформацию в кристаллическом материале. Если лизоцим демонстрирует этот эффект, он также может иметь ряд потенциальных применений.
«Я думаю, что производительность по-прежнему является наиболее важным аспектом для открытия новых материалов», - говорит Сюдонг Ван, профессор материаловедения и инженерии в Университете Висконсина. «В документе упоминается, что пьезоэлектрический коэффициент примерно такой же, как у кварца. Это довольно мало для применения в области сбора энергии. Будет очень интересно узнать теоретический предел этого нового материала».
Стэплтон изучал лизоцим, потому что это белок, который можно легко кристаллизовать, и наличие определенного типа кристаллической структуры является ключевым фактором для пьезоэлектрического потенциала материала. Исследователи, изучающие пьезоэлектричество в биологических материалах, ранее рассматривали более сложные материалы, такие как клетки и ткани. Но Стэплтон полагал, что стоит исследовать простой белок в надежде, что он может дать более глубокое понимание процесса пьезоэлектричества.
«Мы не до конца понимаем, как работает [пьезоэлектричество]», - говорит она. «Поэтому мы подумали, что начнем с более фундаментальных строительных блоков».
