Forskere kan nu producere elektricitet fra tårer

Et hold af irske forskere har opdaget, at tryk på et protein, der findes i æggehvider og tårer, kan generere elektricitet. Forskerne fra Bernal Institute, University of Limerick (UL), Irland, observeret, at krystaller af lysozym, et modelprotein, der er rigeligt i æggehvider fra fugle såvel som i tårer, spyt og mælk fra pattedyr kan generere elektricitet, når de trykkes. Deres rapport er offentliggjort i dag (2. oktober) i tidsskriftet, Anvendt fysik bogstaver .

Evnen til at generere elektricitet ved at påføre tryk, kendt som direkte piezoelektricitet, er en egenskab ved materialer som kvarts, der kan omdanne mekanisk energi til elektrisk energi og omvendt. Sådanne materialer bruges i en række forskellige anvendelser lige fra resonatorer og vibratorer i mobiltelefoner til dybhavsekkolod til ultralydsbilleddannelse. Knogle, sener og træ er længe kendt for at have piezoelektricitet.

"Mens piezoelektricitet bruges overalt omkring os, kapaciteten til at generere elektricitet fra dette særlige protein var ikke blevet undersøgt. Omfanget af piezoelektriciteten i lysozymkrystaller er signifikant. Det er af samme størrelsesorden som i kvarts. Imidlertid, fordi det er et biologisk materiale, det er ikke giftigt, så det kan have mange innovative anvendelser såsom elektroaktive, antimikrobielle belægninger til medicinske implantater, " forklarede Aimee Stapleton, hovedforfatteren og en Irish Research Council EMBARK Postgraduate Fellow i Institut for Fysik og Bernal Institute of UL.

Krystaller af lysozym er nemme at lave fra naturlige kilder. "Den høje præcisionsstruktur af lysozymkrystaller har været kendt siden 1965, " sagde strukturbiolog ved UL og medforfatter professor Tewfik Soulimane. "Faktisk, det er den anden proteinstruktur og den første enzymstruktur, der nogensinde blev løst, " han tilføjede, "men vi er de første til at bruge disse krystaller til at vise beviserne for piezoelektricitet".

Ifølge teamleder professor Tofail Syed fra UL's Institut for Fysik, "Krystaller er guldstandarden for måling af piezoelektricitet i ikke-biologiske materialer. Vores team har vist, at den samme tilgang kan anvendes til at forstå denne effekt i biologien. Dette er en ny tilgang, da videnskabsmænd hidtil har forsøgt at forstå piezoelektricitet i biologien. ved hjælp af komplekse hierarkiske strukturer såsom væv, celler eller polypeptider i stedet for at undersøge simplere fundamentale byggesten".

Opdagelsen kan have vidtrækkende anvendelser og kan føre til yderligere forskning inden for energihøst og fleksibel elektronik til biomedicinsk udstyr. Fremtidige anvendelser af opdagelsen kan omfatte kontrol af frigivelsen af ​​lægemidler i kroppen ved at bruge lysozym som en fysiologisk medieret pumpe, der fjerner energi fra sine omgivelser. At være naturligt biokompatibel og piezoelektrisk, lysozym kan udgøre et alternativ til konventionelle piezoelektriske energihøstere, hvoraf mange indeholder giftige elementer såsom bly.

Professor Luuk van der Wielen, Direktør for Bernal Institute og Bernal Professor i Biosystems Engineering and Design udtrykte sin glæde over dette gennembrud af UL-forskere. "Bernal Instituttet har ambitionen om at påvirke verden på basis af topvidenskab i en stadig mere international kontekst. Effekten af ​​denne opdagelse inden for biologisk piezoelektricitet vil være enorm, og Bernal-forskere leder fra fronten fremskridtet på dette område , " han sagde.

Hele papiret, Den direkte piezoelektriske effekt i det globulære proteinlysozym, af Aimee Stapleton, Mohamed R Noor, John Sweeney, Vincent Casey, Andrei Kholkin, Christophe Silien, Abbasi A. Gandhi, Tewfik Soulimane og Syed A M Tofail, er udgivet i Anvendt fysik bogstaver (02. oktober, 2017).