Нанотехнології для електрифікації людини.
Міжнародна команда розробила наноматеріал, здатний перетворювати механічні рухи в електрику. Подібний з колагеном матеріал не токсичний, не завдає шкоди тканинам організму і може в перспективі забезпечувати роботу імплантованих пристроїв (наприклад, кардіостимуляторів).
Дослідження проводилося під керівництвом професора Тель-Авівського університету Ехуда Газіта (Ehud Gazit).
У робочу групу увійшли також фахівці, пов'язані з Інститутом Вейцмана і низкою дослідницьких інститутів Ірландії, Китаю та Австралії.
Професор Газіт пояснює суть відкриття:
"Колаген - найбільш часто зустрічається білок в людському організмі, близько 30% всього білка в нашому організмі - колаген. Це біологічний матеріал зі спіральною структурою і безліччю важливих і корисних фізичних властивостей, таких як механічна міцність і гнучкість. Однак, оскільки молекула колагену сама по собі велика і складна, дослідники вже давно шукають мінімалістичну, коротку і просту молекулу, яка схожа на колаген і володіє аналогічними властивостями. Близько півтора року тому в журналі Nature Materials наша група опублікувала дослідження, в якому ми використовували нанотехнологічні засоби для створення нового біологічного матеріалу, що відповідає цим вимогам. Це трипептид - дуже коротка молекула, названа Hyp-Phe-Phe, що складається всього з трьох амінокислот; здатна до простого процесу самозбірки: формування колагеноподібної спіральної структури, яка володіє гнучкістю і одночасно міцністю, подібною до міцності титану. У справжньому дослідженні ми спробували з'ясувати, чи володіє новий матеріал, який ми розробили, ще однією властивістю, що характеризує колаген, - п'єзоелектрикою. П'єзоелектрика - здатність матеріалу генерувати електричні струми і напругу в результаті програми механічної сили або, навпаки, створювати механічну силу в результаті впливу електричного поля ".
Під час дослідження вчені створили нанометричні структури з раніше спроектованого матеріалу і за допомогою передових нанотехнологічних інструментів піддали їх механічному тиску. Експеримент показав, що матеріал дійсно виробляє електричні струми і напругу у відповідь на тиск. Більш того, крихітні структури розміром всього в сотні нанометрів продемонстрували один з найвищих рівнів п'єзоелектричної здатності з коли-небудь виявлених, порівнянний або переважаючий рівень вже відомих нам і доступних п'єзоелектричних матеріалів (більшість з яких - важливий момент - містять свинець і тому не підходять для медичного застосування).
На думку дослідників, відкриття п'єзоелектрики такої сили в нанометричному матеріалі дуже важливо, оскільки показує здатність проектованого матеріалу служити свого роду крихітним двигуном для дуже маленьких пристроїв. У планах команди Ехуда Газіта - за допомогою кристалографії та обчислювальних квантово-механічних методів зрозуміти механізм п'єзоелектричної поведінки матеріалу і тим самим отримати можливість створювати біомедичні пристрої на його основі.
Професор Газіт додає:
"Більшість відомих нам сьогодні п'єзоелектричних матеріалів - токсичні склади на основі свинцю або полімери, що означає, що вони не є екологічно чистими і нешкідливими для людського організму. Однак наш новий матеріал повністю біологічний і тому придатний для використання в організмі. А пристрій, зроблений з нього, може бути альтернативою батареї, що потребує регулярної заміни, дає енергію імплантатам, таким як кардіостимулятори. Рухи тіла, наприклад, серцебиття, рухи щелеп, рухи кишечника або будь-які інші рухи, вироблені організмом регулярно, будуть заряджати пристрій електрикою і безперервно живити імплантат ".