Ett team av irländska forskare har upptäckt att tryck på ett protein som finns i äggvitor och tårar kan generera elektricitet. Forskarna från Bernal Institute, University of Limerick (UL), Irland, observerade att kristaller av lysozym, ett modellprotein som finns rikligt i äggvita hos fåglar såväl som i tårar, saliv och mjölk från däggdjur kan generera elektricitet när de pressas. Deras rapport publiceras idag (2 oktober) i tidningen, Tillämpad fysikbokstäver .

Möjligheten att generera el genom att applicera tryck, känd som direkt piezoelektricitet, är en egenskap hos material som kvarts som kan omvandla mekanisk energi till elektrisk energi och vice versa. Sådana material används i en mängd olika applikationer, allt från resonatorer och vibratorer i mobiltelefoner till djuphavssonarer till ultraljudsavbildning. Ben, sena och trä är länge kända för att ha piezoelektricitet.

"Medan piezoelektricitet används runt omkring oss, förmågan att generera elektricitet från detta speciella protein hade inte undersökts. Omfattningen av piezoelektriciteten i lysozymkristaller är signifikant. Det är av samma storleksordning som finns i kvarts. Dock, eftersom det är ett biologiskt material, det är giftfritt så kan ha många innovativa applikationer som elektroaktiv, antimikrobiella beläggningar för medicinska implantat, "förklarade Aimee Stapleton, huvudförfattaren och ett irländsk forskningsråd EMBARK doktorand vid Institutionen för fysik och Bernal Institute of UL.

Kristaller av lysozym är lätta att göra från naturliga källor. "Högprecisionsstrukturen för lysozymkristaller har varit känd sedan 1965, "sa strukturbiolog vid UL och medförfattare professor Tewfik Soulimane." Faktum är att det är den andra proteinstrukturen och den första enzymstrukturen som någonsin lösts, " han lade till, "men vi är de första som använder dessa kristaller för att visa bevis på piezoelektricitet".

Enligt teamledare professor Tofail Syed vid UL:s fysiska institution, "Kristaller är guldstandarden för att mäta piezoelektricitet i icke-biologiska material. Vårt team har visat att samma tillvägagångssätt kan vidtas för att förstå denna effekt i biologin. Detta är en ny metod som forskare hittills har försökt förstå piezoelektricitet i biologi använder komplexa hierarkiska strukturer som vävnader, celler eller polypeptider i stället för att undersöka enklare grundläggande byggstenar ".

Upptäckten kan ha omfattande tillämpningar och kan leda till ytterligare forskning inom energiupptagning och flexibel elektronik för biomedicinsk utrustning. Framtida tillämpningar av upptäckten kan innefatta att kontrollera frisättningen av läkemedel i kroppen genom att använda lysozym som en fysiologiskt förmedlad pump som tar bort energi från sin omgivning. Att vara naturligt biokompatibel och piezoelektrisk, lysozym kan utgöra ett alternativ till konventionella piezoelektriska energiopptagare, varav många innehåller giftiga element som bly.

Professor Luuk van der Wielen, Direktör för Bernal Institute och Bernal professor i biosystemteknik och design uttryckte sin glädje över detta genombrott av UL -forskare. "Bernalinstitutet har ambitionen att påverka världen på grundval av toppvetenskap i ett alltmer internationellt sammanhang. Effekten av denna upptäckt inom biologisk piezoelektricitet kommer att bli enorm och Bernal -forskare leder framifrån framstegen inom detta område , " han sa.

Hela papperet, Den direkta piezoelektriska effekten i det globulära proteinet Lysozym, av Aimee Stapleton, Mohamed R Noor, John Sweeney, Vincent Casey, Andrei Kholkin, Christophe Silien, Abbasi A. Gandhi, Tewfik Soulimane och Syed A M Tofail, publiceras i Tillämpad fysikbokstäver (02 oktober, 2017).