Een team van Ierse wetenschappers heeft ontdekt dat het uitoefenen van druk op een eiwit dat voorkomt in eiwitten en tranen, elektriciteit kan opwekken. De onderzoekers van het Bernal Instituut, Universiteit van Limerick (UL), Ierland, waargenomen dat kristallen van lysozym, een modeleiwit dat overvloedig aanwezig is in het eiwit van vogels en in de tranen, speeksel en melk van zoogdieren kunnen elektriciteit opwekken wanneer ze worden ingedrukt. Hun rapport is vandaag (2 oktober) gepubliceerd in het tijdschrift, Technische Natuurkunde Brieven .

Het vermogen om elektriciteit op te wekken door druk uit te oefenen, bekend als directe piëzo-elektriciteit, is een eigenschap van materialen zoals kwarts die mechanische energie kunnen omzetten in elektrische energie en vice versa. Dergelijke materialen worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, variërend van resonatoren en vibrators in mobiele telefoons tot diepe oceaansonars tot ultrasone beeldvorming. Bot, Van pees en hout is al lang bekend dat ze piëzo-elektriciteit bezitten.

"Terwijl overal om ons heen piëzo-elektriciteit wordt gebruikt, het vermogen om elektriciteit op te wekken uit dit specifieke eiwit was niet onderzocht. De omvang van de piëzo-elektriciteit in lysozymkristallen is aanzienlijk. Het is van dezelfde orde van grootte als in kwarts. Echter, omdat het een biologisch materiaal is, het is niet giftig, dus het kan veel innovatieve toepassingen hebben, zoals elektroactief, antimicrobiële coatings voor medische implantaten, " legde Aimee Stapleton uit, de hoofdauteur en een Irish Research Council EMBARK Postgraduate Fellow bij de afdeling Natuurkunde en het Bernal Instituut van UL.

Kristallen van lysozyme zijn gemakkelijk te maken uit natuurlijke bronnen. "De zeer nauwkeurige structuur van lysozymkristallen is al sinds 1965 bekend, " zei structureel bioloog aan de UL en co-auteur professor Tewfik Soulimane. "In feite, het is de tweede eiwitstructuur en de eerste enzymstructuur die ooit is opgelost, " hij voegde toe, "maar wij zijn de eersten die deze kristallen gebruiken om het bewijs van piëzo-elektriciteit aan te tonen".

Volgens teamleider professor Tofail Syed van de afdeling Natuurkunde van de UL, "Kristalen zijn de gouden standaard voor het meten van piëzo-elektriciteit in niet-biologische materialen. Ons team heeft aangetoond dat dezelfde benadering kan worden gevolgd om dit effect in de biologie te begrijpen. Dit is een nieuwe benadering, aangezien wetenschappers tot nu toe hebben geprobeerd piëzo-elektriciteit in de biologie te begrijpen gebruikmakend van complexe hiërarchische structuren zoals weefsels, cellen of polypeptiden in plaats van het onderzoeken van eenvoudiger fundamentele bouwstenen".

De ontdekking kan verreikende toepassingen hebben en kan leiden tot verder onderzoek op het gebied van energiewinning en flexibele elektronica voor biomedische apparaten. Toekomstige toepassingen van de ontdekking kunnen het beheersen van de afgifte van medicijnen in het lichaam omvatten door lysozyme te gebruiken als een fysiologisch gemedieerde pomp die energie uit de omgeving wegvangt. Omdat het van nature biocompatibel en piëzo-elektrisch is, lysozyme kan een alternatief zijn voor conventionele piëzo-elektrische energieoogsters, waarvan vele giftige elementen zoals lood bevatten.

prof.dr. Luuk van der Wielen, Directeur van het Bernal Instituut en Bernal hoogleraar Biosystems Engineering and Design sprak zijn vreugde uit over deze doorbraak van UL-wetenschappers. "Het Bernal Instituut heeft de ambitie om op basis van topwetenschap de wereld te beïnvloeden in een steeds internationaler wordende context. De impact van deze ontdekking op het gebied van biologische piëzo-elektriciteit zal enorm zijn en Bernal-wetenschappers leiden van voren de vooruitgang op dit gebied , " hij zei.

Het volledige papier, Het directe piëzo-elektrische effect in het bolvormige eiwit Lysozyme, door Aimee Stapleton, Mohamed R Noor, John Sweeney, Vincent Casey, Andrej Kholkin, Christoffel Silien, Abbasi A. Gandhi, Tewfik Soulimane en Syed AM Tofail, is gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven (02 oktober, 2017).