Электричество из человека — новый материал позволит получать энергию из тела

Новый наноматериал позволяет эффективно добывать электричество, пожалуй, самым экологичным способом — напрямую из человеческого тела.

Электричество из человека — новый материал позволит получать энергию из тела

Новая нанотехнология, разработанная международной исследовательской группой под руководством исследователей Тель-Авивского университета, позволит генерировать электрические токи и напряжение в человеческом теле за счет активации различных органов (механической силы). Исследователи объясняют, что при разработке используется новый и очень прочный биологический материал, похожий на коллаген, который нетоксичен и не причиняет вреда тканям организма. Исследователи полагают, что эта новая нанотехнология имеет множество потенциальных применений в медицине, включая сбор чистой энергии для работы устройств, имплантированных в тело (например, кардиостимуляторов), посредством естественных движений тела, устраняя необходимость в батареях.

Исследование проводилось профессором Эхудом Газитом из Школы биомедицины и исследований рака Шмуниса на факультете наук о жизни Мудрого, факультета материаловедения и инженерии инженерного факультета Флейшмана и Центра нанонауки и нанотехнологий, а также его команда лаборатории, доктор Санту Бера и доктор Вэй Джи. Результатами работы группа поделилась в журнале Nature Communications.

Коллаген — это самый распространенный белок в организме человека, составляющий около 30% всех белков в нашем организме. Это биологический материал со спиральной структурой и множеством важных физических свойств, таких как механическая прочность и гибкость, которые используются во многих областях. Однако, поскольку сама молекула коллагена велика и сложна, исследователи давно искали минималистичную, короткую и простую молекулу, основанную на коллагене и обладающую аналогичными свойствами.

Электричество из человека — новый материал позволит получать энергию из тела

Источник: Nature Communications.

a. Химический состав Pro-Phe-Phe и Hyp-Phe-Phe. b. FTIR-анализ сборок Hyp-Phe-Phe, показывающий характерный пик спиральной конформации. c. Спектр КД трипептида показывает присутствие спиральных ансамблей в растворе. d. АСМ-изображение трипептида, демонстрирующего фибриллярную морфологию. e. ТЕМ-изображение трипептидных волокон. е. Монокристаллическая структура Hyp-Phe-Phe, демонстрирующая образование удлиненной структуры путем наложения спиралей  f, h. Механическая прочность волокон Hyp-Phe-Phe. граммНаноразмерное отображение модуля Юнга ( Z- шкала = 140 ГПа). h Линия сечения одной фибриллы, выделенная зеленой линией в g. показывающая периодические изменения жесткости вдоль фибриллы.

Около полутора лет назад в журнале Nature Materials эта группа опубликовала исследование, в котором мы использовали нанотехнологические средства для создания нового биологического материала, отвечающего этим требованиям. Это трипептид — очень короткая молекула под названием Hyp-Phe-Phe, состоящая всего из трех аминокислот — способная к простому процессу самосборки с образованием коллагеноподобной спиральной структуры, которая является гибкой и может похвастаться силой, аналогичной силе металлический титан. В настоящем исследовании мы стремились выяснить, имеет ли новый материал, который мы разработали, еще одну особенность, которая характеризует коллаген — пьезоэлектричество. Пьезоэлектричество — это способность материала генерировать электрические токи и напряжение в результате приложения механической силы или, наоборот, создавать механическую силу в результате воздействия электрического поля.

В ходе работы исследователи создали нанометрические структуры из искусственного материала и с помощью передовых инструментов нанотехнологии оказали на них механическое давление. Эксперимент показал, что материал действительно производит электрические токи и напряжение в результате давления. Более того, крошечные структуры размером всего в сотни нанометров продемонстрировали один из самых высоких уровней пьезоэлектрической способности, когда-либо обнаруженных, сравнимый или превосходящий таковой у пьезоэлектрических материалов, обычно встречающихся на сегодняшнем рынке (большинство из которых содержат свинец и поэтому не подходят для медицинских приложений).

По словам исследователей, открытие пьезоэлектричества такой величины в нанометровом материале имеет большое значение, поскольку оно демонстрирует способность сконструированного материала служить своего рода крошечным мотором для очень маленьких устройств. Затем исследователи планируют применить кристаллографию и вычислительные квантово-механические методы (теория функционала плотности), чтобы получить глубокое понимание пьезоэлектрического поведения материала и, таким образом, обеспечить точную инженерию кристаллов для создания биомедицинских устройств.

Читайте также

ИИ научили восстанавливать ветхие архивы и старые газеты

ИИ научили восстанавливать ветхие архивы и старые газеты

В ТГУ создали «ферментный конструктор» для программирования вкуса еды

В ТГУ создали «ферментный конструктор» для программирования вкуса еды

Российские ученые создали адаптены – стройматериалы с программируемыми свойствами

Российские ученые создали адаптены – стройматериалы с программируемыми свойствами

В Испании собрали копию легендарного суперкомпьютера Cray-1 из 30 старых Mac mini

В Испании собрали копию легендарного суперкомпьютера Cray-1 из 30 старых Mac mini

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Huawei готовит новый бренд смартфонов Xingmang — возможную замену Honor

Huawei готовит новый бренд смартфонов Xingmang — возможную замену Honor