Un team di scienziati irlandesi ha scoperto che l'applicazione di una pressione su una proteina presente negli albumi e nelle lacrime può generare elettricità. I ricercatori del Bernal Institute, Università di Limerick (UL), Irlanda, osservato che i cristalli di lisozima, una proteina modello che è abbondante negli albumi degli uccelli e nelle lacrime, la saliva e il latte dei mammiferi possono generare elettricità quando vengono premuti. Il loro rapporto è pubblicato oggi (2 ottobre) sulla rivista, Lettere di fisica applicata .

La capacità di generare elettricità applicando pressione, nota come piezoelettricità diretta, è una proprietà di materiali come il quarzo che può convertire l'energia meccanica in energia elettrica e viceversa. Tali materiali sono utilizzati in una varietà di applicazioni che vanno dai risonatori e vibratori nei telefoni cellulari ai sonar delle profondità oceaniche all'imaging a ultrasuoni. Osso, tendini e legno sono noti da tempo per possedere piezoelettricità.

"Mentre intorno a noi si usa la piezoelettricità, la capacità di generare elettricità da questa particolare proteina non era stata esplorata. L'entità della piezoelettricità nei cristalli di lisozima è significativa. È dello stesso ordine di grandezza che si trova nel quarzo. Però, perché è un materiale biologico, non è tossico quindi potrebbe avere molte applicazioni innovative come elettroattivo, rivestimenti antimicrobici per impianti medici, " ha spiegato Aimee Stapleton, l'autore principale e un Irish Research Council EMBARK Postgraduate Fellow presso il Dipartimento di Fisica e Bernal Institute di UL.

I cristalli di lisozima sono facili da ottenere da fonti naturali. "La struttura ad alta precisione dei cristalli di lisozima è nota dal 1965, ", ha affermato il biologo strutturale presso UL e co-autore, il professor Tewfik Soulimane. "In effetti, è la seconda struttura proteica e la prima struttura enzimatica mai risolta, " Ha aggiunto, "ma siamo i primi ad usare questi cristalli per mostrare le prove della piezoelettricità".

Secondo il leader del team, il professor Tofail Syed del Dipartimento di Fisica dell'UL, "I cristalli sono il gold standard per misurare la piezoelettricità in materiali non biologici. Il nostro team ha dimostrato che lo stesso approccio può essere adottato per comprendere questo effetto in biologia. Questo è un nuovo approccio in quanto gli scienziati finora hanno cercato di capire la piezoelettricità in biologia. utilizzando strutture gerarchiche complesse come i tessuti, cellule o polipeptidi piuttosto che indagare su blocchi fondamentali più semplici".

La scoperta potrebbe avere applicazioni di vasta portata e potrebbe portare a ulteriori ricerche nel campo della raccolta di energia e dell'elettronica flessibile per i dispositivi biomedici. Le future applicazioni della scoperta potrebbero includere il controllo del rilascio di farmaci nel corpo utilizzando il lisozima come una pompa mediata fisiologicamente che elimina l'energia dall'ambiente circostante. Essendo naturalmente biocompatibile e piezoelettrico, il lisozima può presentare un'alternativa ai tradizionali raccoglitori di energia piezoelettrici, molti dei quali contengono elementi tossici come il piombo.

Professor Luuk van der Wielen, Il direttore del Bernal Institute e Bernal Professor of Biosystems Engineering and Design ha espresso la sua gioia per questa svolta degli scienziati UL. "Il Bernal Institute ha l'ambizione di influenzare il mondo sulla base della migliore scienza in un contesto sempre più internazionale. L'impatto di questa scoperta nel campo della piezoelettricità biologica sarà enorme e gli scienziati del Bernal stanno guidando dal fronte i progressi in questo campo , " Egli ha detto.

Il documento completo, L'effetto piezoelettrico diretto nel lisozima proteico globulare, di Aimee Stapleton, Mohamed R Noor, John Sweeney, Vincent Casey, Andrei Kholkin, Christophe Silien, Abbasi A. Gandhi, Tewfik Soulimane e Syed A M Tofail, è pubblicato in Lettere di fisica applicata (02 ottobre, 2017).