新的纳米技术将使人体内产生健康的电流

由特拉维夫大学研究人员领导的国际研究小组开发的一项新纳米技术将使通过激活各种器官(机械力)在人体内产生电流和电压成为可能。研究人员解释说，这项开发涉及一种新的、非常坚固的生物材料，类似于胶原蛋白，它无毒，不会对身体组织造成伤害。研究人员认为，这种新的纳米技术在医学上有许多潜在的应用，包括通过人体的自然运动收集清洁能源来操作植入体内的设备(如心脏起搏器)，从而消除对电池的需求。

该研究由 Wise 生命科学学院 Shmunis 生物医学和癌症研究学院、Fleischman 工程学院材料科学与工程系和纳米科学与纳米技术中心的 Ehud Gazit 教授领导，以及他的实验室团队，Santu Bera 博士和 Wei Ji 博士。

参与这项研究的还有来自魏茨曼研究所和爱尔兰、和澳大利亚的一些研究机构的研究人员。由于他们的发现，研究人员获得了两项 ERC-POC 资助，旨在利用 Gazit 之前为应用技术赢得的 ERC 资助中的科学研究。该研究发表在著名的《自然通讯》杂志上。

Gazit 教授也是 Blavatnik 药物发现中心的创始主任，他解释说：“胶原蛋白是人体中最普遍的蛋白质，约占我们体内所有蛋白质的 30%。它是一种生物材料，具有螺旋结构和各种重要的物理特性，如机械强度和柔韧性，在许多应用中都很有用。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简约、短小、简单的分子它基于胶原蛋白并表现出类似的特性。大约一年半前，在《自然材料》杂志上，我们小组发表了一项研究，其中我们使用纳米技术手段来设计满足这些要求的新生物材料。它是一种三肽——一种称为 Hyp-Phe-Phe 的非常短的分子，仅由三个氨基酸组成——能够通过简单的自组装过程形成类似胶原蛋白的螺旋结构，该结构柔韧且强度类似于金属钛。在本研究中，我们试图检查我们开发的新材料是否具有胶原蛋白的另一个特征——压电性。压电是材料在施加机械力时产生电流和电压的能力，反之亦然，由于暴露在电场中而产生机械力。”

在这项研究中，研究人员创造了工程材料的纳米结构，并在先进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，该材料确实会产生电流和电压。此外，只有数百纳米的微小结构展示了迄今为止发现的最高水平的压电能力之一，可与当今市场上常见的压电材料相媲美或优于后者(其中大部分含有铅，因此不适用于医疗应用) .

据研究人员称，在纳米材料中发现这种量级的压电性具有重要意义，因为它证明了工程材料作为一种用于非常小的设备的微型电机的能力。接下来，研究人员计划应用晶体学和计算量子力学方法(密度泛函理论)，以深入了解材料的压电行为，从而实现用于构建生物医学设备的晶体的精确工程。

Gazit 教授补充说：“我们今天所知的大多数压电材料都是有毒的铅基材料或聚合物，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，因此适用于用于体内使用。例如，由这种材料制成的设备可以替代为起搏器等植入物提供能量的电池，但应不时更换。身体运动——如心跳、下巴运动、排便或身体定期发生的任何其他运动都会为设备充电，从而持续激活植入物。”

现在，作为他们持续研究的一部分，研究人员正在寻求了解工程材料的分子机制，以实现其巨大潜力并将这一科学发现转化为应用技术。现阶段的重点是医疗器械的开发，但 Gazit 教授强调，“环保压电材料，比如我们开发的这种材料，在广泛的领域具有巨大的潜力，因为它们利用机械产生绿色能源。无论如何都在使用的力。例如，在街上行驶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，但这引起了人们对有毒金属泄漏到环境。”

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