哭泣真的讓人麻酥酥!科學家利用眼淚中的蛋白質發電

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 09 日 0:00 | 分類 尖端科技 , 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

未來,哭也是種能量來源,男兒不必有淚不輕彈。來自愛爾蘭利墨瑞克大學伯納爾研究所的團隊發現,蛋清、哺乳動物眼淚、唾液或鼻涕中的蛋白質「溶菌酶」晶體,可透過施加物理壓力產生電流,稱為直接壓電效應(direct piezoelectricity),壓電度媲美石英。研究團隊說,由於溶菌酶是一種無毒生物材料,這項發現將在生物壓電領域發揮影響力,比如醫療植入物抗菌塗層的創新應用。



所謂壓電效應,是指電介質材料中一種機械能與電能互換的現象,當對壓電材料施以物理壓力時,材料體內的電偶極矩會因壓縮而變短,此時壓電材料為抵抗這變化,會在表面上產生等量的正負電荷以對抗壓力、避免變形。這種由於形變而產生電極化的現象稱為「正壓電效應」,實質上是機械能轉化為電能的過程。

若反之,當在壓電材料表面施加電場(電壓)時,電偶極矩因電場作用被拉長,壓電材料為抵抗這變化會沿著電場方向伸長,這種由於電場作用而產生機械形變的過程稱為「逆壓電效應」,實質上是電能轉化為機械能的過程。利用這種機械振動和交流電互相轉換的特性,壓電材料廣泛應用於感測器元件中,如手機諧振器、地震感測器、加速度測量元件、深海聲納等。石英是常見的壓電材料,而木材、動物骨骼、皮膚、血管組織也都具有壓電性。

生物有機體其實有各種供電來源,比如眼淚一些成分如葡萄糖、乳酸鹽等都具發電能力,而日前,中國復旦大學團隊也剛提出一種利用血液流動產生電力的方法。不過現在,就連人類眼淚中的某種蛋白質都可以產生電力了,那就是溶菌酶晶體,當它從外施加物理壓力時會產生電能。

▲ 科學家第一次發現眼淚中的溶菌酶晶體具有壓電性。(Source:利墨瑞克大學)

過去,溶菌酶(lysozyme)在實驗室廣泛應用於對細菌進行的細胞破碎技術,加上溶菌酶易結晶的特性,也常用於各種晶體學相關研究,但這是科學家第一次找到溶菌酶具壓電性的證據,研究主要作者 Aimee Stapleton 表示,溶菌酶晶體的壓電度大到足以媲美石英。

由於溶菌酶是種無毒生物材料,研究團隊表示,未來溶菌酶在能量收集、生物醫學設備等領域將有許多創新應用,它可以替代一些生物相容性的電子產品,比如常含有毒元素鉛的壓電能量收集器。這項研究已發表在《應用物理通訊》期刊。

(首圖來源:shutterstock)

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