זקוקים לחשמל? תתחילי לבכות.
אוקיי, לא בדיוק. אבל מדענים אירים גילו כי חלבון שנמצא בדמעות אנושיות יכול, כאשר הוא ממוקם בלחץ גבוה, לייצר חשמל. הם מקווים שממצא זה יכול להוביל לדרך בטוחה יותר למכשירים ביו-רפואיים כמו קוצבי לב.
חומרים מסוימים, כולל גבישים, עצם, עץ וחלבונים שונים, צוברים מטען חשמלי בעת סחיטתם. יכולת זו, המכונה פיוזואלקטריות ישירה, כוללת יישומים מגוונים כמו טנדרים לגיטרה, חיישנים ביו-רפואיים, ויברטורים לסלולרי, סונאר אוקיינוס ומציתים לסיגריות.
החוקרים, מאוניברסיטת לימריק, התעניינו לראות אם ליזוזימים החלבון, שנמצא בדמעות, רוק, ריר וחלב - אך הרבה יותר בביצי תרנגולת - היה גם הוא בעל תכונה זו. הם גיבשו את הליזוזמה באמצעות חום גבוה, ואז הכניסו אותו ללחץ ומדדו את תפוקתו החשמלית. הם ציפו שהמקדם הפיאוזואלקטרי שלו - מדד לכוחו - יהיה בערך 1 פיקוקולומבים לניוטון, בדומה לחומרים ביו-אחרים. אולם לליזוזם הייתה למעשה השפעה פיזואלקטרית של עד 6.5 פיקוקולומבים לניוטון. ההשפעה הממוצעת הייתה סביב 2 פיקוקולומבים לניוטון, בדומה לקוורץ.
"היינו די נרגשים מזה", אומרת איימי סטפלטון, מחברת המחקר. המחקר פורסם בשבוע שעבר בכתב העת Applied Physics Letters .
סטפלטון וצוותה (שון קרטין, מדיה אמיתית) למחקר מספר יישומים רפואיים פוטנציאליים. מכיוון שהליזוזם ביולוגי תואם, זה יכול להיות דרך בטוחה יותר להניע מכשירים ביו-רפואיים כמו קוצבי לב, שחלקם מסתמכים על חומרים רעילים כמו עופרת. חשמל המופק מליזוזמים עלול גם להוביל למערכות מסירת תרופות טובות יותר, בהן משאבות מונעות ליזוזמים שולטות על שחרור איטי של תרופות.
מכיוון שתפקידו העיקרי של ליזוזימים הוא להגן מפני זיהום, זהו אנטי-מיקרוביאלי טבעי.
"מאפיין אנטיבקטריאלי זה יכול להועיל במכשירים ביו-רפואיים", אומר סטפלטון.
ליזוזימים יש גם בשפע וזמין, מה שהופך אותו לחומר לא יקר לעבוד איתו - הוא משמש לרוב במחקר מדעי ובתעשיית המזון כחומר משמר. אבל, כמו שאומר סטפלטון, "היישומים, הם לוקחים זמן רב נורא למימוש."
השלב הבא עבור סטפלטון וצוותה הוא לבחון היבט אחר של פיזואלקטריות, המכונה השפעה הפיוזואלקטרית ההפוכה (או ההפוכה, או ההפוכה). זה כאשר היישום של חשמל יוצר עיוות בחומר הגביש. אם ליזוזימים מראים השפעה זו, זה יכול להיות גם מספר שימושים פוטנציאליים.
"אני חושב שהביצועים הם עדיין ההיבט החשוב ביותר לגילוי חומרים חדש", אומר קסודונג וואנג, פרופסור למדעי חומרים והנדסה באוניברסיטת ויסקונסין. "העיתון שציין כי המקדם הפיאוזואלקטרי זהה לזה של קוורץ. זה סוג של נמוך ליישומי קציר אנרגיה. יהיה מעניין מאוד לדעת את הגבול התיאורטי של חומר חדש זה."
סטפלטון בחן את הליזוזמה מכיוון שמדובר בחלבון שניתן להתגבש בקלות, ובעל סוג מסוים של מבנה גבישים הוא גורם מפתח לפוטנציאל הפיאוזואלקטרי של החומר. חוקרים שחקרו פיזואלקטריות בחומרים ביולוגיים בדקו בעבר חומרים מורכבים יותר כמו תאים ורקמות. אבל סטפלטון שיער כי כדאי לחקור חלבון פשוט, בתקווה שיוכל לייצר הבנה עמוקה יותר של תהליך הפיוזואלקטריות.
"אנחנו לא מבינים לגמרי איך [הפיזואלקטריות] עובדת, " היא אומרת. "אז חשבנו שנתחיל עם אבני בניין בסיסיות יותר."
