由特拉維夫大學研究人員領導的一個國際研究小組開發了一種新的納米技術,它可以通過激活各種器官(機械力)來在人體內產生電流和電壓。研究人員解釋說,這項研究涉及一種新的、非常強大的生物材料,類似于膠原蛋白,無毒,對人體組織沒有傷害。研究人員認為,這項新的納米技術在醫學上有許多潛在的應用,包括通過人體的自然運動,獲取清潔能源來操作植入體內的設備(如起搏器),從而消除對電池的需求。

新的納米技術將使人體內產生“健康”的電流 為植入式設備供電

這項研究由Wise生命科學學院Shud Gazit教授、Fleischman工程學院材料科學與工程系和納米科學與納米技術中心的Ehud Gazit教授以及他的實驗室團隊Santu Bera博士和Wei Ji博士領導。


參加這項研究的還有魏茨曼研究所以及愛爾蘭、中國和澳大利亞的一些研究機構的研究人員。根據他們的發現,研究人員獲得了兩項ERC-POC撥款,旨在利用Gazit此前獲得的ERC撥款用于應用技術的科研成果。這項研究發表在著名的《自然通訊》雜志上。


Gazit教授也是Blavatnik藥物發現中心的創始主任,他解釋說:“膠原蛋白是人體中最普遍的蛋白質,約占我們身體所有蛋白質的30%。它是一種具有螺旋結構的生物材料,具有各種重要的物理性能,如機械強度和柔韌性,在許多應用中都很有用。然而,由于膠原蛋白分子本身又大又復雜,研究人員長期以來一直在尋找一種以膠原蛋白為基礎、具有類似性質的簡約、短而簡單的分子。大約一年半前,在《自然材料》雜志上,我們的研究小組發表了一項研究,在這項研究中,我們利用納米技術手段設計出一種新的生物材料,以滿足這些要求。它是一種三肽——一種非常短的分子,稱為Hyp-Phe-Phe,僅由三種氨基酸組成,能夠通過簡單的自組裝過程形成膠原樣的螺旋結構,這種結構具有柔韌性,具有與金屬鈦相似的強度。在目前的研究中,我們試圖檢驗我們開發的新材料是否具有膠原蛋白壓電特性的另一個特征。壓電性是材料通過施加機械力產生電流和電壓的能力,反之亦然,通過暴露在電場中產生機械力的能力?!?

新的納米技術將使人體內產生“健康”的電流 為植入式設備供電

在這項研究中,研究人員創造了工程材料的納米結構,并借助先進的納米技術工具,對其施加機械壓力。實驗表明,這種材料確實會因為壓力而產生電流和電壓。此外,只有數百納米的微小結構顯示出了迄今為止發現的最高水平的壓電能力,與當今市場上常見的壓電材料(其中大多數含有鉛,因此不適合醫療應用)相當或優于。


根據研究人員的說法,在納米材料中發現這種大小的壓電性具有重要意義,因為它證明了這種工程材料作為一種微型電機用于非常小的設備的能力。下一步,研究人員計劃應用結晶學和計算量子力學方法(密度泛函理論),以便深入了解材料的壓電行為,從而實現用于構建生物醫學設備的晶體的精確工程。


Gazit教授補充道:“我們今天所知道的大多數壓電材料都是有毒的鉛基材料,或者說是聚合物,這意味著它們對環境和人體都不友好。然而,我們的新材料是完全生物的,因此適合在體內使用。例如,由這種材料制成的裝置可能會取代為起搏器等植入物提供能量的電池,盡管它應該不時更換。身體運動,如心跳、下顎運動、排便,或身體內定期發生的任何其他運動,都會給裝置充電,從而不斷激活植入物?!?


現在,作為他們繼續研究的一部分,研究人員正在尋求了解工程材料的分子機制,以實現其巨大潛力,并將這一科學發現轉化為應用技術?,F階段,重點是醫療器械的開發,但加齊特教授強調,像我們開發的這種環境友好型壓電材料,在廣泛的領域有著巨大的潛力,因為它們利用正在使用的機械力產生綠色能源。例如,一輛在街上行駛的汽車可以打開路燈。這些材料也可能取代目前廣泛使用的含鉛壓電材料,但這會引起人們對有毒金屬泄漏到環境中的擔憂。


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