Come produrre elettricità dalle lacrime / How to produce electricity from tears

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Lacrime, saliva, latte, albume d’uovo: tutte sostanze che se compresse meccanicamente potrebbero generare elettricità. Come? Grazie ad una particolare proprietà fisica, detta piezoelettricità. E il risultato potrebbe aprire nuovi scenari biomedici.

Ottenere elettricità dalle lacrime: un esperimento apparentemente fantascientifico che invece è stato svolto nella realtà da un gruppo di ricercatori irlandesi, guidato dall’Università di Limerick. I ricercatori hanno compresso alcune sostanze delle lacrime, ottenendo da queste energia elettrica. Lo studio è stato appena pubblicato su Applied Physics Letters.

Così, particolari componenti contenuti nelle lacrime e nella saliva, quando premuti potrebbero essere in grado di trasformare questa energia meccanica impressa dall’esterno in energia elettrica. Un risultato che presenta ampie potenzialità di applicazione nell’ambito della biomedicina.

La generazione di elettricità avviene grazie a una specifica proprietà fisica che accomuna questi materiali. Alcuni corpi, infatti, quando compressi meccanicamente, sono in grado di produrre elettricità: grazie a questa proprietà fisica, tali materiali si definiscono piezoelettrici, un termine composto da piezo (dal greco comprimere) ed elettricità.

Ma non tutte le sostanze sono piezoelettriche e soltanto alcuni corpi che hanno una struttura molto regolare, detta cristallina, possono essere dotati di questa proprietà. Un esempio? Il quarzo, il secondo minerale più abbondante sulla Terra, le cui piezoelettricità è impiegata all’interno di apparecchiature elettroniche e ad esempio nei noti orologi al quarzo, che sfruttano proprio la tensione elettrica che si genera fra due punti del materiale quando sottoposto a una compressione.

Se la piezoelettricità del quarzo è ben nota e sfruttata al meglio, non altrettanto avviene per materiali che hanno proprietà simili ma sono meno conosciute. Quali? Lacrime, bianco d’uovo, latte,saliva ed altre sostanze sono fra queste. Ma qual è il filo comune che le tiene insieme? Una proteina, chiamata lisozima, contenuta in questi materiali, che, come hanno mostrato oggi i ricercatori, è piezoelettrica. A differenza del quarzo, che è un minerale, il lisozima è una sostanza biologica, naturalmente contenuta nel nostro organismo ed è utilizzato come conservante nell’industria alimentare (presente ad esempio nel parmigiano).

Per la prima volta, gli scienziati hanno messo in evidenza la piezoelettricità del lisozima, la cui struttura è nota da tempo: “in assoluto è stata la seconda struttura, appartenente ad una proteina, ad essere stata svelata dagli scienziati, ha spiegato uno degli autori dello studio odierno, Tewfik Soulimane, ma noi siamo stati i primi ad utilizzare i suoi cristalli per mettere in evidenza le sue proprietà piezoelettriche”.

I ricercatori hanno misurato il campo elettrico sviluppato in seguito alla pressione applicata e hanno utilizzato questa misura per fornire un valore della piezoelettricità del lisozima, disposto su una pellicola. E i dati sono significativi, secondo gli autori. “L’intensità della piezoelettricità nei cristalli di lisozima è marcata, ha spiegato il primo autore dello studio, Aimee Stapleton, ed è dello stesso ordine di intensità di quella del quarzo”.

In generale i corpi piezoelettrici da tempo trovano diverse applicazioni in vari settori della scienza dei materiali. Ma il risultato odierno è importante, secondo gli autori, anche perché il materiale da loro studiato, il lisozima, oltre ad essere piezoelettrico, è naturalmente contenuto nel nostro organismo e dunque potrebbe essere utilizzato per realizzare dispositivi biomedici meno tossici di quelli esistenti.

Un esempio? Il controllo del rilascio di farmaci nel corpo, utilizzando il lisozima come una pompa, mediata fisiologicamente, che sfrutta il meccanismo di compressione e produzione di energia grazie all’azione su di essa operata dall’ambiente corporeo circostante.

ENGLISH

Tears, saliva, milk, egg whites: all substances that if mechanically compressed could generate electricity. As? Thanks to a particular physical property, called piezoelectricity. And the result could open new biomedical scenarios.

Getting Electricity from Tears: An apparently scientific experiment that was actually done in reality by a group of Irish researchers led by the University of Limerick. The researchers compressed some of the tear substances, getting them from electric kerosene. The study was just published on Applied Physics Letters.

Thus, particular components contained in tears and saliva when pressed may be able to transform this mechanical energy imprinted from the outside into electrical energy. A result that has wide potential for application in biomedicine.

Generating electricity is due to a specific physical property that these materials share. Some bodies, when mechanically compressed, are able to produce electricity: by virtue of this physical property, such materials are called piezoelectric, a term composed of piezo (from the Greek compress) and electricity.

But not all substances are piezoelectric and only some bodies having a very smooth structure, called crystalline, may be endowed with this property. An example? Quartz, the second most abundant mineral on Earth, whose piezoelectricity is used in electronic equipment and, for example, in popular quartz watches, which use the very same electric voltage that is generated between two points of the material when subjected to compression.

If quartz piezoelectricity is well known and exploited at best, it is not the same for materials that have similar properties but are less known. Which? Tears, egg white, milk, saliva and other substances are among these. But what is the common thread that holds them together? A protein, called lysozyme, contained in these materials, which, as the researchers have shown today, is piezoelectric. Unlike quartz, which is a mineral, lysozyme is a biological substance naturally contained in our body and is used as a preservative in the food industry (for example in Parmesan).

For the first time, scientists have highlighted the piezoelectricity of lysozyme, whose structure has long been known: "It was absolutely the second structure, belonging to a protein, to be unveiled by scientists, one of the authors explained of today's studio, Tewfik Soulimane, but we were the first to use its crystals to highlight its piezoelectric properties. "

The researchers measured the electric field developed following the applied pressure and used this measure to provide a value of the piezoelectricity of the lysozyme, placed on a film. And the data are significant, according to the authors. "The intensity of piezoelectricity in lysozyme crystals is marked," said the first author of the study, Aimee Stapleton, and is of the same order intensity as that of quartz. "

In general, piezoelectric bodies have for a long time found applications in various fields of material science. But today's result is important, according to the authors, because the material they have studied, lysozyme, besides being piezoelectric, is naturally contained in our body and could therefore be used to make less biomedical devices than existing ones.

An example? Control of the release of drugs into the body, using lysozyme as a physiologically mediated pump, utilizing the compression and energy production mechanism through the action of the surrounding body environment.

Da:

https://www.wired.it/scienza/energia/2017/10/04/produrre-elettricita-lacrime/