Per anni, gli scienziati si sono chiesti se il cuore e i vasi adiacenti potrebbero essersi evoluti per essere piezoelettrici, il che significa che il tessuto può generare una carica elettrica quando viene schiacciato. Pensavano che forse il cuore sfruttasse questo rapporto elettromeccanico per alimentare decenni di continui battiti. Mentre alcuni studi hanno sostenuto l'idea che le pareti dell'aorta siano piezoelettriche o addirittura ferroelettriche, dove i dipoli elettrici permanenti possono essere commutati da un campo elettrico, la ricerca più recente non trova prove di queste proprietà.
Una collaborazione di ricercatori tedeschi ha studiato la questione testando campioni di aorta di maiale utilizzando una configurazione tradizionale, noto come Sawyer-Tower, per rilevare la ferroelettricità. I loro esperimenti suggeriscono che l'aorta non ha proprietà speciali, e agisce invece come un materiale dielettrico standard che non conduce corrente. Riportano questi risultati questa settimana in Lettere di fisica applicata .
Gli scienziati si sono resi conto per la prima volta che i tessuti biologici possono essere piezoelettrici negli anni '50, quando gli scienziati giapponesi Eiichi Fukada e Iwao Yasuda hanno rilevato questa proprietà nel tessuto osseo. Alla fine del 1800, gli scienziati sapevano che le ossa si rafforzano in risposta allo stress applicato, ma ricerche successive hanno dimostrato che la compressione ossea genera una carica elettrica, che stimola i processi biologici per rafforzare il tessuto osseo. Da allora, gli scienziati hanno rilevato piezoelettricità in altri tessuti, compresa la trachea, intestino, fibre muscolari e persino gusci di aragosta.
Studi recenti che utilizzano una tecnica chiamata microscopia a forza di risposta piezoelettrica (PFM) hanno offerto la prova che le aorte di maiale non sono solo piezoelettriche ma anche ferroelettriche, che è un prerequisito per la piezoelettricità nei materiali disordinati. PFM è una tecnica potente per rilevare la piezoelettricità e la commutazione ferroelettrica, ma può trattare solo aree di dimensioni micrometriche. Inoltre, nei test di ferroelettricità, la tecnica può creare artefatti fuorvianti.
"Ci sono state molte polemiche su questo argomento, " ha affermato Thomas Lenz del Max Planck Institute for Polymer Research e uno degli autori dello studio. Lui e i suoi colleghi hanno partecipato alla discussione utilizzando una semplice configurazione Sawyer-Tower, utilizzato per la prima volta da C.B. Sawyer e C.H. Torre per misurare i cicli di isteresi ferroelettrica nel 1929.
La tecnica Sawyer-Tower prevede l'applicazione di un campo elettrico a un materiale e quindi la misurazione dello spostamento elettrico risultante. Accoppiato con un sensore fotonico, i ricercatori possono misurare simultaneamente come il materiale cambia forma in risposta alla corrente. A differenza della PFM, la tecnica fornisce risultati quantitativi su proprietà elettromeccaniche su larga scala.
I ricercatori hanno lavorato con biologi e anestesisti dell'University Medical Center Mainz, in Germania, per ottenere l'aorta di maiale. Hanno conservato i pezzi dell'aorta allo stesso modo degli studi precedenti utilizzando la PFM. Hanno scoperto che quando hanno applicato un campo elettrico su un pezzo di tessuto delle dimensioni di un centimetro, ha cambiato forma come qualsiasi materiale dielettrico che mostra elettrostrizione.
Se il cuore o altri tessuti fossero ferroelettrici e piezoelettrici, quindi dovrebbero essere costituiti da un biopolimero con una struttura cristallina polare. Per l'aorta, questo è estremamente improbabile perché le sue pareti hanno una struttura anatomica complessa che è diversa dalle ossa, dove la struttura polare del collagene produce le sue affascinanti proprietà piezoelettriche.
"Non abbiamo potuto vedere alcun segno di piezoelettricità o ferroelettricità, e abbiamo pensato che dovremmo contribuire alla discussione scientifica, " disse Lenz, notando che il loro lavoro è solo una linea di prove su questo argomento. "Peccato. Avrei voluto approfondire."
