Trenger du strøm? Begynn å gråte.
OK, ikke akkurat. Men irske forskere har oppdaget at et protein som finnes i menneskelige tårer, når det plasseres under høyt trykk, kan produsere strøm. De håper dette funnet kan føre til en tryggere måte å drive biomedisinsk utstyr som pacemakere på.
Noen materialer, inkludert krystaller, bein, tre og forskjellige proteiner, akkumulerer en elektrisk ladning når den klemmes. Denne evnen, kjent som direkte piezoelektrisitet, har så varierte bruksområder som gitar pickup-apparater, biomedisinske sensorer, mobiltelefonvibratorer, hav ekkolodd og sigarett lightere.
Forskerne fra University of Limerick var interessert i å se om proteinlysozym, funnet i tårer, spytt, slim og melk - men langt mer rikelig med kyllingegg - hadde denne egenskapen også. De krystalliserte lysozymet ved bruk av høy varme, satte det deretter under trykk og målte dets elektriske utgang. De ventet at den piezoelektriske koeffisienten - et mål på kraften - ville være rundt 1 picocoulombs per newton, på lik linje med andre biomaterialer. Men lysozymet hadde faktisk en piezoelektrisk effekt på opptil 6, 5 picocoulombs per newton. Gjennomsnittlig effekt var rundt 2 picocoulombs per newton, tilsvarende kvarts.
"Det var vi ganske glade for, " sier Aimee Stapleton, studiens hovedforfatter. Forskningen ble publisert forrige uke i tidsskriftet Applied Physics Letters .
Stapleton og hennes team (Sean Curtin, True Media) Forskningen har en rekke potensielle medisinske anvendelser. Fordi lysozym er biokompatibelt, kan det potensielt være en tryggere måte å drive biomedisinsk utstyr på som pacemakere, hvorav noen er avhengige av giftige materialer som bly. Lysozym-generert elektrisitet kan også potensielt føre til bedre medikamentleveringssystemer, der lysozymdrevne pumper kontrollerer en langsom frigjøring av medisiner.
Siden lysozymes viktigste jobb er å beskytte mot infeksjon, er det en naturlig antimikrobiell.
"Denne antibakterielle egenskapen kan være nyttig på biomedisinske enheter, " sier Stapleton.
Lysozym er også rikelig og lett tilgjengelig, noe som gjør det til et billig materiale å jobbe med — det er ofte brukt i vitenskapelig forskning og i næringsmiddelindustrien som konserveringsmiddel. Men som Stapleton sier, "applikasjonene, det tar veldig lang tid å bli realisert."
Neste trinn for Stapleton og hennes team er å se på et annet aspekt av piezoelektrisitet, kjent som den omvendte (eller omvendte, eller omvendte) piezoelektriske effekten. Dette er når påføring av elektrisitet skaper en deformasjon i krystallmaterialet. Hvis lysozym viser denne effekten, kan det også ha en rekke potensielle bruksområder.
"Jeg tror ytelsen fortsatt er det viktigste aspektet for nytt materialfunn, " sier Xudong Wang, professor i materialvitenskap og ingeniørvitenskap ved University of Wisconsin. "Avisen omtalte den piezoelektriske koeffisienten er omtrent den samme som kvarts. Dette er litt lavt for energihøstingsanvendelser. Det vil være veldig interessant å vite den teoretiske grensen for dette nye materialet."
Stapleton studerte lysozym fordi det er et protein som lett kan krystalliseres, og å ha en viss type krystallstruktur er en nøkkelfaktor for et materials piezoelektriske potensial. Forskere som studerer piezoelektrisitet i biologiske materialer har tidligere sett på mer komplekse materialer som celler og vev. Men Stapleton regnet med at det var verdt å undersøke et enkelt protein, i håp om at det kunne generere noe dypere forståelse av prosessen med piezoelektrisitet.
"Vi forstår ikke helt hvordan [piezoelektrisitet] fungerer, " sier hun. "Så vi trodde vi skulle begynne med mer grunnleggende byggesteiner."
