创新纳米技术将能让人体内部产生“健康”的电流

发表于 3年以前 | 总阅读数：573 次

研究人员认为，这种新纳米技术在医学上有着许多潜在的应用，包括收集清洁能源以通过人体的自然运动来操作植入体内的设备如起搏器来消除对电池的需求。

这项研究的领导者 Ehud Gazit教授同时还是药物发现BLAVATNIK CENTER的创始主任，他解释称：“胶原蛋白是人体中最普遍的蛋白质，占人体所有蛋白质的30%左右。它是一种具有螺旋结构和各种重要物理性能如机械强度和柔韧性的生物材料，这些在许多应用中都是有用的。然而，由于胶原蛋白分子本身又大又复杂，研究人员长期以来一直在寻找一种以胶原蛋白为基础、表现出相似特性的极简、短而简单的分子。大约一年半前，在《Nature Materials》杂志上，我们的团队发表了一项研究，我们使用纳米技术手段设计了一种新的生物材料以满足这些要求。它是一种三肽--一种非常短的分子，叫做Hyp-Phe-Phe，只由三个氨基酸组成--能通过简单的自我组装形成类似胶原蛋白的螺旋结构，这种结构灵活，强度跟金属钛相似。在目前的研究中，我们试图检验我们开发的新材料是否具有胶原蛋白的另一个特征--压电。压电是一种材料在机械力作用下产生电流和电压的能力，或反之，在电场作用下产生机械力的能力。”

在这项研究中，研究人员创建了工程材料的纳米结构并在先进的纳米技术工具的帮助下对其施加机械压力。实验表明，由于压力的作用，这种材料确实会产生电流和电压。此外，只有几百纳米的微小结构显示出了迄今所发现的最高水平的压电性能，这可以跟当今市场上常见的压电材料相媲美或优于它们。

据研究人员介绍称，在纳米材料中发现这种压电强度具有重大意义，因为它证明了工程材料可以作为一种非常小的设备的微型马达。接下来，研究人员计划使用晶体学和计算量子力学方法来获得对材料的压电行为的深入了解从而使晶体精确工程用于构建生物医学设备。

Gazit教授说道：“我们今天所知道的大多数压电材料都是有毒的含铅材料或聚合物，这意味着它们对环境和人体都不友好。然而，我们的新材料是完全生物的，因此适合在体内使用。如用这种材料制成的设备可以替代为心脏起搏器等植入物提供能量的电池，不过它应该需要不时地更换。身体的运动--如心跳、颌动、排便或身体内任何其他有规律的运动--都会给该装置充电并持续激活植入物。”

现在，作为继续研究的一部分，研究人员正在寻求了解工程材料的分子机制以实现其巨大的潜力，另外他们还将这一科学发现转化为应用技术。在目前这个阶段，虽然医疗设备的发展是重点，但Gazit教授强调称：“环境友好型压电材料如我们已经开发出的在广泛领域的巨大潜力，因为它们生产绿色能源的使用正在使用的机械力。”比如一辆行驶在街道上的汽车可以打开路灯。这些材料也可能取代目前广泛使用的含铅压电材料，不过这会引起人们对有毒金属泄漏到环境的担忧。