Tarvitsetko sähköä? Aloita itkeminen.
OK, ei tarkalleen. Irlantilaiset tutkijat ovat kuitenkin huomanneet, että ihmisen kyyneleistä löytyvä proteiini voi tuottaa sähköä korkean paineen alaisena. He toivovat, että tämä havainto voisi johtaa turvallisempaan tapaan käyttää lääketieteellisiä laitteita, kuten sydämentahdistimia.
Jotkut materiaalit, mukaan lukien kiteet, luu, puu ja erilaiset proteiinit, kertyvät purkautuessaan sähkövarauksen. Tällä kyvyllä, joka tunnetaan nimellä suora pietsosähkö, on sovelluksia, jotka vaihtelevat kuten kitaran nouto, biolääketieteelliset anturit, matkapuhelinvibraattorit, valtameren luotain ja savukkeensytyttimet.
Limerickin yliopiston tutkijat olivat kiinnostuneita näkemään, olisiko proteiinilysotsyymillä, jota löytyy kyyneleistä, syljestä, limasta ja maidosta - mutta paljon enemmän kananmunista -, myös tällä ominaisuudella. He kiteyttivät lysotsyymin korkealla lämmöllä, panivat sen sitten paineeseen ja mittasivat sen sähkötehon. He odottivat, että sen pietsosähköinen kerroin - sen tehon mitta - olisi noin 1 pikokoulumbsia newtonia kohden, kuten muutkin biomateriaalit. Mutta lysotsyymillä oli itse asiassa pietsosähköinen vaikutus jopa 6, 5 pikokulmahaaraa newtonia kohden. Keskimääräinen vaikutus oli noin 2 pikopulloa newtonia kohden, samanlainen kuin kvartsilla.
"Olimme siitä hyvin innoissamme", kertoo tutkimuksen pääkirjailija Aimee Stapleton. Tutkimus julkaistiin viime viikolla Applied Physics Letters -lehdessä.
Stapleton ja hänen tiiminsä (Sean Curtin, True Media) Tutkimuksella on useita potentiaalisia lääketieteellisiä sovelluksia. Koska lysotsyymi on biologisesti yhteensopiva, se voisi mahdollisesti olla turvallisempi tapa syöttää biolääketieteellisiä laitteita, kuten sydämentahdistimia, joista osa luottaa myrkyllisiin materiaaleihin, kuten lyijyyn. Lysotsyymien tuottama sähkö voi myös mahdollisesti johtaa parempiin lääkkeiden annostelujärjestelmiin, joissa lysotsyymitäyttöiset pumput hallitsevat lääkityksen hidasta vapautumista.
Koska lysotsyymin päätehtävänä on suojautua infektioilta, se on luonnollinen mikrobilääke.
"Tämä antibakteerinen ominaisuus voi olla hyödyllinen biolääketieteellisissä laitteissa", Stapleton sanoo.
Lysotsyymiä on myös runsaasti ja helposti saatavissa, mikä tekee siitä edullisen materiaalin työskennellä - sitä käytetään yleisesti tieteellisessä tutkimuksessa ja elintarviketeollisuudessa säilöntäaineena. Mutta kuten Stapleton sanoo, "sovellusten toteuttaminen vie kauhean kauan".
Seuraava askel Stapletonille ja hänen joukkueelleen on tarkastella toista pietsosähköisyyden näkökohtaa, joka tunnetaan käänteisenä (tai käänteisenä tai käänteisenä) pietsosähköisenä vaikutuksena. Tällöin sähkön käyttö aiheuttaa muodonmuutoksen kidemateriaalissa. Jos lysotsyymi osoittaa tämän vaikutuksen, sillä voi olla myös monia potentiaalisia käyttötarkoituksia.
"Mielestäni esitys on edelleen tärkein näkökohta uusien materiaalien löytämiselle", sanoo Wisconsinin yliopiston materiaalitieteiden ja tekniikan professori Xudong Wang. "Paperi mainitsi pietsosähköisen kerroimen olevan suunnilleen sama kuin kvartsin. Tämä on tavallaan pieni energian keräyssovelluksissa. On erittäin mielenkiintoista tietää tämän uuden materiaalin teoreettinen raja."
Stapleton tutkii lysotsyymiä, koska se on proteiini, joka voidaan helposti kiteyttää, ja jolla on tietyntyyppinen kiderakenne, on avaintekijä materiaalin pietsosähköisen potentiaalin kannalta. Tutkijat, jotka tutkivat pietsosähköisyyttä biologisissa materiaaleissa, ovat aiemmin tarkastelleet monimutkaisempia materiaaleja, kuten soluja ja kudoksia. Mutta Stapleton tajusi, että on syytä tutkia yksinkertaista proteiinia siinä toivossa, että se saattaisi syventää ymmärrystä pietsosähköprosessista.
"Emme ymmärrä täysin, miten [pietsosähkö] toimii", hän sanoo. "Joten ajattelimme aloittavani perustavaa laajemmista rakennuspalikoista."
