Av Rashi Tiwari – Uppdaterad 24 mars 2022
Den piezoelektriska effekten är en egenskap hos vissa material som omvandlar mekanisk spänning till elektrisk spänning. Termen "piezo" kommer från det grekiska ordet för "pressa". Detta fenomen observerades första gången av Pierre och Jacques Curie 1880, men detta fenomen visades senare existera i ben av Dr. I. Yasuda 1957.
Direkt piezoelektricitet hänvisar till generering av spänning när ett material komprimeras eller sträcks. Omvänd piezoelektricitet beskriver den mekaniska deformationen av ett material – såsom böjning av keramik eller kristaller – när ett elektriskt fält appliceras.
Ben är en sammansättning av oorganiska hydroxiapatitkristaller och organiska typ-I kollagenfibrer. Hydroxiapatit, med sin kristallina struktur, är den viktigaste bidragsgivaren till benets piezoelektriska beteende. När mekaniska krafter deformerar kollagenmolekyler migrerar laddade bärare till benytan och skapar en elektrisk potential över vävnaden.
Mekanisk stress på benet utlöser ett lokaliserat elektriskt fält. Detta fält etablerar elektriska dipoler som attraherar osteoblaster - de celler som ansvarar för benbildning. Den resulterande mineralavlagringen, främst kalcium, stärker benet på den stressade sidan och ökar därmed den totala bentätheten.
Extern elektrisk stimulering har visat sig påskynda benläkning och reparation. Den piezoelektriska effekten erbjuder en naturlig mekanism för benombyggnad, i linje med Dr. Julius Wolffs observationer från 1892 att ben anpassar sin form som svar på mekaniska krafter – en princip som nu kallas Wolffs lag.
Att förstå och utnyttja benets piezoelektriska egenskaper kan ge information om terapeutiska strategier för osteoporos, frakturreparation och regenerativ medicin.
