Benötigen Sie Strom? Fang an zu weinen.
OK, nicht genau. Irische Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass ein Protein in menschlichen Tränen unter hohem Druck Elektrizität produzieren kann. Sie hoffen, dass diese Erkenntnis zu einem sichereren Weg führen könnte, biomedizinische Geräte wie Herzschrittmacher mit Strom zu versorgen.
Einige Materialien, darunter Kristalle, Knochen, Holz und verschiedene Proteine, laden sich beim Zusammendrücken elektrisch auf. Diese Fähigkeit, die als direkte Piezoelektrizität bekannt ist, findet ebenso vielfältige Anwendung wie Gitarren-Tonabnehmer, biomedizinische Sensoren, Vibratoren für Mobiltelefone, Sonar- und Feuerzeuge für Ozeane.
Die Forscher von der University of Limerick waren daran interessiert zu sehen, ob das Protein Lysozym, das in Tränen, Speichel, Schleim und Milch enthalten ist, aber in Hühnereiern weitaus häufiger vorkommt, diese Eigenschaft auch besitzt. Sie kristallisierten das Lysozym bei starker Hitze aus, setzten es dann unter Druck und maßen seine elektrische Leistung. Sie erwarteten, dass sein piezoelektrischer Koeffizient - ein Maß für seine Leistung - etwa 1 Picocoulomb pro Newton betragen würde, ähnlich wie bei anderen Biomaterialien. Tatsächlich hatte das Lysozym einen piezoelektrischen Effekt von bis zu 6, 5 Picocoulomb pro Newton. Der durchschnittliche Effekt lag bei 2 Picocoulomb pro Newton, ähnlich wie bei Quarz.
„Das hat uns sehr gefreut“, sagt Aimee Stapleton, die Hauptautorin der Studie. Die Forschung wurde letzte Woche in der Zeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht .
Stapleton und ihr Team (Sean Curtin, True Media) Die Forschung hat eine Reihe von möglichen medizinischen Anwendungen. Da Lysozym biokompatibel ist, könnte es möglicherweise eine sicherere Möglichkeit sein, biomedizinische Geräte wie Herzschrittmacher mit Strom zu versorgen, von denen einige auf toxischen Materialien wie Blei beruhen. Durch Lysozym erzeugter Strom könnte möglicherweise auch zu besseren Medikamentenabgabesystemen führen, bei denen mit Lysozym betriebene Pumpen eine langsame Freisetzung von Medikamenten steuern.
Da die Hauptaufgabe von Lysozym darin besteht, vor Infektionen zu schützen, handelt es sich um ein natürliches antimikrobielles Mittel.
"Diese antibakterielle Eigenschaft könnte in biomedizinischen Geräten nützlich sein", sagt Stapleton.
Lysozym ist auch reichlich vorhanden und leicht verfügbar, was es zu einem kostengünstigen Material für die Arbeit macht - es wird häufig in der wissenschaftlichen Forschung und in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel verwendet. Aber, wie Stapleton sagt, "die Anwendungen brauchen schrecklich viel Zeit, um realisiert zu werden."
Der nächste Schritt für Stapleton und ihr Team besteht darin, einen anderen Aspekt der Piezoelektrizität zu untersuchen, der als umgekehrter (oder umgekehrter oder umgekehrter) piezoelektrischer Effekt bezeichnet wird. Dies ist der Fall, wenn beim Anlegen von Elektrizität eine Verformung des Kristallmaterials auftritt. Wenn Lysozym diesen Effekt zeigt, könnte es auch eine Reihe von möglichen Verwendungen haben.
"Ich denke, die Leistung ist immer noch der wichtigste Aspekt für die Entdeckung neuer Materialien", sagt Xudong Wang, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität von Wisconsin. "In der Veröffentlichung wurde erwähnt, dass der piezoelektrische Koeffizient in etwa dem von Quarz entspricht. Für Energy-Harvesting-Anwendungen ist dieser Wert sehr niedrig. Es wird sehr interessant sein, die theoretische Grenze dieses neuen Materials zu kennen."
Stapleton untersuchte Lysozym, da es sich um ein Protein handelt, das sich leicht kristallisieren lässt. Eine bestimmte Art von Kristallstruktur ist ein Schlüsselfaktor für das piezoelektrische Potenzial eines Materials. Forscher, die die Piezoelektrizität in biologischen Materialien untersuchen, haben sich zuvor mit komplexeren Materialien wie Zellen und Geweben befasst. Stapleton hielt es jedoch für sinnvoll, ein einfaches Protein zu untersuchen, in der Hoffnung, dass es zu einem tieferen Verständnis des Piezoelektrizitätsprozesses führen könnte.
"Wir verstehen nicht ganz, wie [Piezoelektrizität] funktioniert", sagt sie. "Also dachten wir, wir würden mit grundlegenderen Bausteinen beginnen."
