اقتصاد دانش بنیان

دستیابی به روشی نوین برای تولید برق از ترشحات خاص بدن انسان

گريه هاي برقدار

گروهي از دانشمندان ايرلندي راهي براي توليد انرژي الکتريکي از ترشحات توليد شده توسط چشمان انسان و چندين قسمت ديگر بدن او کشف کرده اند. اين قابليت جديد کشف شده در واقع ناشي از فعاليت آنزيم پروتئينياي به نام ليزوزيم در بدن ماست که وقتي تحت فشار قرار ميگيرد برق توليد ميکند. چنانچه بتوان اين انرژي را به شکلي موثر و انبوه برداشت کرد، ميتوان آن را به يک منبع سوخت جديد به ويژه براي انواع دستگاههاي کاشته شده در بدن (ايمپلنتها) تبديل کرد. ليزوزيم که در قطرات اشک، بزاق، شير، مخاط و سفيده تخم مرغ وجود دارد، آنزيمي است که به تجزيه ديواره سلولي باکتريها کمک ميکند. اکنون محققان دانشگاه لايمريک در ايرلند طي پژوهشهاي خود دريافته اند که شکل کريستال شده اين آنزيم را ميتوان به گونهاي دستکاري کرد تا از فعاليت آن شارژ الکتريکي به دست آيد. اعضاي اين تيم تحقيقاتي با تحت فشار قرار دادن لايه بسيار نازکي از کريستالهاي ليزوزيم که بين دو اسلايد شيشه اي فشرده شده بودند، توانستند نوعي از انرژي توليدشده طي اين فرايند را مورد اندازه گيري قرار دهند که به آن انرژي پيزو الکتريسيته ميگويند؛ نوعي از انرژي که در اثر تجمع بار الکتريکي در پاسخ به يک فشار مکانيکي اعمال شده توليد ميشود.

امي استپلاتون، فيزيکدان موسسه برنال و يکي از اعضاي اين تيم پژوهشي، توضيح ميدهد: «عليرغم اينکه پيزو الکتريسيته در اطراف ما مورد استفاده قرار ميگيرد، اما ظرفيت توليد برق از اين پروتئين خاص تاکنون مورد بررسي قرار نگرفته است.» او همچنين ميافزايد: «به دليل بيولوژيکي بودن و برآمدنش از خود بدن، اين ساختار کاملا غيرسمي است و از اينرو ميتواند کاربري هاي خلاقانه و مفيدي داشته باشد، از جمله استفاده از آن در ساخت پوششهاي الکترواکتيو ضد ميکروبي براي ايمپلنتهاي پزشکي.»  طبق نظر تيم ابداع کننده اين روش، ميزان پيزوالکتريسيته در کريستالهاي ليزوزيم قابل توجه است و تقريبا مشابه ميزان يافتشده در کوارتز است. آنها ميگويند که کارايي اين کريستالهاي ليزوزيم ميتواند با کريستالهاي کوارتزي رقابت کند. کوارتز در اواخر قرن نوزدهم توسط فيزيکدانان فرانسوي پير و ژاک کوري کشف شده و از آن زمان تاکنون به دليل توانايي بالايش در توليد پيزوالکتريسيته شناخته ميشود. توانايياي که اين ماده را براي استفاده در فناوريهاي مختلف کاربردي ميسازد. از کوارتز اغلب براي ساخت تشديدگرهاي برق (resonators) در تلفنهاي همراه، دستگاههاي اولتراسوند و ساير انواع حسگرها استفاده ميشود. اما از آنجا که کوارتز يک ماده غير بيولوژيکي است، پيدا کردن ماده اي بيولوژيکي و مشابه آن که با قسمتهاي داخلي بدن سازگار باشد ميتواند دريچه هاي تازهاي را براي بهره برداري از انواع جديدي از دستگاههاي ايمپلنت پيزوالکتريک باز کند. اين اولين بار است که چنين پتانسيلي در چيزي به سادگي پروتئين مشاهده شده است. توفيل سايد، استاد فيزيک در دانشگاه ليمريک و محقق اصلي اين پروژه، ميگويد: «کريستالها در مواد غير بيولوژيکي، استاندارد طلايي براي اندازهگيري خاصيت پيزوالکتريکي محسوب ميشوند. تحقيقات ما نشان ميدهد که با استفاده از روش مشابهي ميتوان اثرات آن بر زيست را درک کرد. اين رويکردي کاملا جديد است. چرا که دانشمندان در حوزه زيست شناسي تاکنون به جاي بررسي امکان استفاده از ذرات بنيادي و سادهتر، همواره در تلاش بودهاند تا با استفاده از ساختارهاي سلسله مراتبي پيچيده مانند بافتها، سلولها و پليپپتيدها، پيزوالکتريسيته را درک کنند.»

اعضاي اين تيم تحقيقاتي پيش بيني ميکنند که اگر تحقيقات آينده ما را قادر به استفاده از قابليتهاي اين کشف سازند، عصري جديد از برداشت انرژي الکترونيکي ممکن خواهد شد. عصري که ميتواند شامل انواعي جديد از ايمپلنت هايي باشد که داروها را تحت کنترل بگيرند و با کمک سنسورهايي که ليزوزيم را در زير پوست تشخيص ميدهند، در بدن آزاد کنند. در گزارش مکتوب اين پروژه که در نشريه Applied Physics Letters  به چاپ رسيده به نقل از اعضاي اين پروژه آمده است: «ما همچنين تصور ميکنيم که ليزوزيم ممکن است به عنوان يک افزودني يا پوشش زيستتخريبپذير، پيزوالکتريک و ضد ميکروبي در ايمپلنتهاي معمولي به کار گرفته شود.» البته اگر ايده سوخت ليزوزيمي در آينده به سرانجامي برسد، اين اولين باري نخواهد بود که اين آنزيم به جهشهاي علمي کمک ميکند. پروتئين ليزوزيم پيشتر از سوي الکساندر فلمينگ به عنوان يک نمونه احتمالي آنتيبيوتيک قبل از پنيسيلين مورد بررسي قرار گرفت و يکي از اولين پروتئينهايي بود که در سال 1965 يک طرح سه بعدي از آن تهيه شده بود. توفيک سوليمان، زيست شناس ساختاري و يکي از اعضاي تيم تحقيقاتي، ميگويد: «ساختار دقيق کريستالهاي ليزوزيم اولين ساختار آنزيمي و دومين ساختار پروتئيني کشف و توصيف شده توسط دانشمندان بود. تاکنون مطالعات زيادي روي ساختار اين کريستال انجام شده است، اما در تحقيق اخير ما براي اولين بار خاصيت پيزوالکتريکي اين کريستال توصيف شده است.» بنابراين دفعه بعد که قلبتان شکست و چشمانتان شروع به بارش دانه هاي غم کرد، اين اشکها را فقط پاک نکنيد، بلکه فشرده شان کنيد. به اين ترتيب شايد با يک گريه مفصل بتوانيد شارژ تلفن همراه خود را تامين کنيد!

منبع: مجله دانش بنیان