Некоторые материалы — в основном кристаллы — поляризуются от механического воздействия. Это называется пьезоэлекттрическим эффектом и позволяет создавать ковры, генерирующие электроэнергию, когда по ним ходят, приборы, преобразующие энергию ходьбы в заряд батареи аккумулятора, и другие удобные вещи. Большая часть пьезоэлекрических приборов пока существует в виде концептуальных разработок, но есть и готовые продукты — например, вот это кресло-качалка, покачавшись в котором, можно зарядить мобильник.
Учёные предложили получать электричество из слёз
Фермент лизоцим, который содержится в слезах, слюне и грудном молоке, оказался отличным пьезоэлектриком — материалом, вырабатывающим электричество при механическом воздействии.
Известно много материалов-пьезоэлектриков; чаще всего это кристаллы кварца или керамика с примесью соединений металлов. Известно, что пьезоэлектрические свойства проявляют и некоторые вещества органического происхождения и ткани живых организмов — дерево, кость, сухожилия, некоторые аминокислоты и белки — коллаген, кератин и другие. Правда, до сих пор непонятно, как органика вырабатывает электричество; неясно даже, можно ли считать такие материалы настоящими пьезоэлектриками — а вдруг в основе их поляризации лежит какой-нибудь другой механизм?
Классический прямой пьезоэлектрический эффект возникает, когда у кристалла или хиральной молекулы нет центра симметрии. Тогда приложенная к структуре сила порождает на разных участках поверхности разность потенциалов. Этому базовому требованию удовлетворяют многие органические молекулы, поэтому поиск биопьезоэлектриков продолжается.
Авторы статьи, опубликованной группой физиков из университета Лимерика (Ирландия) в Applied Physics Letters, обнаружили пьезоэлектрические свойства у еще одного органического веществза — белка-фермента лизоцима. Лизоцим — охранник организма; он разрушает клеточные стенки бактерий и убивает их. Его всегда много там, где тело не защищено от внешнего мира кожей: во рту (лизоцим — один из главных ферментов слюны), носу (он входит в состав слизи, выстилающей верхние дыхательные пути) и в глазах (в слезах), а еще в грудном молоке; в птичьих яйцах его тоже много.
Тонкие плёнки с кристаллами лизоцима разной формы оказались классическими пьезоэлектриками, по эффективности сравнимые с кварцевыми Это хорошо по двум причинам: во-первых, лизоцима много в организме, а это открывает возможности его использования в промышленности. Во-вторых, в отличие от кератина и коллагена — длинных нитевидных белков, образующих волокна, лизоцим — глобулярный протеин, его длинные цепочки аминокислот уложены в плотный клубок; благодаря этому лизоцим легко кристаллизируется, а значит, его легко наносить на нужные поверхности. В будущем открытие ирландских физиков может помочь создать биосовместимые пьезоэлементы для медицинских приборов — имплантов и средств доставки лекарств, которым не нужны будут громоздкие батарейки и провода.