I åratal, forskare har undrat om hjärtat och intilliggande kärl kan ha utvecklats till att vara piezoelektriska, vilket betyder att vävnaden kan generera en elektrisk laddning när den kläms. De trodde att hjärtat kanske drar nytta av detta elektromekaniska förhållande för att driva årtionden av kontinuerliga slag. Även om vissa studier har stött tanken att aortans väggar är piezoelektriska eller till och med ferroelektriska, där permanenta elektriska dipoler kan växlas med ett elektriskt fält, den senaste forskningen hittar inga tecken på dessa egenskaper.
Ett samarbete mellan tyska forskare undersökte frågan genom att testa prover av gris aorta med hjälp av en traditionell installation, känd som Sawyer-Tower, för att upptäcka ferroelektricitet. Deras experiment tyder på att aortan inte har några speciella egenskaper, och fungerar istället som ett standard dielektriskt material som inte leder ström. De rapporterar dessa fynd den här veckan i Tillämpad fysikbokstäver .
Forskare insåg först att biologiska vävnader kan vara piezoelektriska på 1950 -talet, när japanska forskare Eiichi Fukada och Iwao Yasuda upptäckte denna egenskap i benvävnad. I slutet av 1800 -talet, forskare visste att ben stärker sig som svar på applicerad stress, men senare visade forskning att benkomprimering genererar en elektrisk laddning, som stimulerar biologiska processer för att stärka benvävnad. Sedan dess, forskare har upptäckt piezoelektricitet i andra vävnader, inklusive luftstrupen, tarmar, muskelfibrer och till och med hummerskal.
Nyligen genomförda studier med en teknik som kallas piezoresponse force microscopy (PFM) gav bevis på att gris aortor inte bara är piezoelektriska utan också ferroelektriska, vilket är en förutsättning för piezoelektricitet i störda material. PFM är en kraftfull teknik för att upptäcka piezoelektricitet och ferroelektrisk omkoppling, men kan bara ta upp områden i mikrometerstorlek. Dessutom, vid tester av ferroelektricitet, tekniken kan skapa vilseledande artefakter.
"Det var mycket kontroverser om detta ämne, "sade Thomas Lenz från Max Planck Institute for Polymer Research och en av författarna till studien. Han och kollegor vägde in diskussionen med en enkel Sawyer-Tower-installation, användes först av C.B. Sawyer och C.H. Tower för att mäta ferroelektriska hysteresöglor 1929.
Sawyer-Tower-tekniken innebär att man applicerar ett elektriskt fält på ett material och sedan mäter den resulterande elektriska förskjutningen. Kopplad med en fotonisk sensor, forskare kan samtidigt mäta hur materialet ändrar form som svar på strömmen. Till skillnad från PFM, tekniken ger kvantitativa resultat på storskaliga elektromekaniska egenskaper.
Forskarna arbetade med biologer och anestesiologer från University Medical Center Mainz, i Tyskland, att skaffa gris aortor. De bevarade aortabitar på samma sätt som de tidigare studierna med PFM. De fann att när de applicerade ett elektriskt fält över en centimeter stor bit av vävnaden, det ändrade form som vilket dielektriskt material som helst som visar elektrostriktion.
Om hjärtat eller andra vävnader var ferroelektriska och piezoelektriska, då skulle de behöva bestå av en biopolymer med en polär kristallstruktur. För aorta, detta är extremt osannolikt eftersom dess väggar har en komplex anatomisk struktur som till skillnad från ben, där kollagens polära struktur ger sina fascinerande piezoelektriska egenskaper.
"Vi kunde inte se några tecken på piezoelektricitet eller ferroelektricitet, och vi tyckte att vi borde bidra med det till den vetenskapliga diskussionen, "sa Lenz, noterar att deras arbete bara är en bevislinje om detta ämne. "Det är synd. Jag hade gärna studerat det vidare."
