University of Washington Forscher haben gezeigt, dass eine günstige elektrische Eigenschaft in einer Art von Protein in Organen , die immer wieder strecken und zurückziehen , wie die Lunge, Herz und Arterien vorhanden ist. Diese Ergebnisse sind die ersten, die deutlich verfolgen dieses Phänomen , genannt Ferroelektrizität auf molekularer Ebene in biologischen Geweben auftritt.
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse hier in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
"Wir wollten in verschiedenen experimentellen Techniken , Beweise und theoretische Verständnis der Ferroelektrizität in biologischen Funktionen zu bringen ", sagte Jiangyu Li, ein UW Professor für Maschinenbau und korrespondierender Autor des Papiers. "Wir haben mit Sicherheit viel mehr Vertrauen nun im Phänomen selbst . "
Ferroelektrizität ist eine Reaktion auf ein elektrisches Feld, in dem ein Molekül schaltet aus mit einer positiven zu einer negativen Ladung . Dieser Schaltvorgang in Kunststoffen dient als Weg, um Computer -Speicherchips , Bildschirmen und Sensoren betreiben. Dieses Haus erst vor kurzem in tierischen Geweben und Forscher entdeckt , dass es kann dazu beitragen, aufzubauen und zu unterstützen gesunde Bindegewebe bei Säugetieren.
Ein Forscherteam um Li führte zum ersten Mal entdeckt ferroelektrischen Eigenschaften in biologischen Geweben im Jahr 2012, dann im Jahr 2013 festgestellt, dass Glukose können diese Eigenschaft in das körpereigene Bindegewebe zu unterdrücken, wo das Protein Elastin vorhanden ist. Aber während die Ferroelektrizität ist ein bewährtes Unternehmen in Kunststoffen und hat lange geglaubt, in biologischen Funktionen wichtig zu sein , ihre tatsächliche Existenz in der Biologie wurde nicht fest etabliert.
Diese Studie beweist, dass ferroelektrische Schalt geschieht in der biologischen Protein Elastin. Wenn die Forscher blickte auf die Grundstrukturen innerhalb des Proteins , ein ähnliches Verhalten sahen sie auf der Einheitszellen der Festkörpermaterialien , in denen die Ferroelektrizität ist gut verstanden .
"Als wir uns bei der kleinsten Struktureinheit des biologischen Gewebes und wie sie in eine größere Proteinfaser platziert und dann konnten wir die Ähnlichkeiten mit der klassischen ferroelektrischen Modell in Festkörpern zu finden ", sagte Li .
Die Forscher wollten eine konkretere , präzise Methode zur Überprüfung der Ferroelektrizität in biologischen Geweben zu etablieren. Sie benutzten kleine Proben von Elastin aus einem Schweineaortaentnommen und gepolt das Gewebe mit Hilfe eines elektrischen Feldes bei hohen Temperaturen. Dann messen Sie den Strom mit dem Feld Polung entfernt und festgestellt, dass die aktuelle schaltet Richtung, wenn die Polung elektrisches Feld wurde eingeschaltet , ein Zeichen der Ferroelektrizität .
Sie taten das gleiche bei Raumtemperatur mit einem Laser als Wärmequelle und die Stromschaltetauch Richtungen.
Dann testeten die Forscher für dieses Verhalten auf die kleinstmögliche Einheit von Elastin , genannt Tropoelastin und wieder beobachtet das Phänomen . Sie stellten fest, dass diese Schalt Eigenschaft "inneren " an den molekularen Aufbau von Elastin .
Der nächste Schritt ist , um die biologische und physiologische Bedeutung dieser Eigenschaft zu verstehen, sagte Li . Eine Hypothese ist, dass, wenn die Ferroelektrizität hilft Elastin Aufenthalt flexibel und funktionell in dem Körper , ein Mangel daran kann unmittelbar auf die Verhärtung der Arterien.
" Vielleicht können wir dies als eine sehr empfindliche Technik zu verwenden , um die Einleitung der Aushärtung in einem sehr frühen Stadium zu erkennen , wenn keine andere bildgebende Verfahren in der Lage, es zu sehen ", sagte Li .
Das Team ist auch, ob diese Eigenschaft spielt eine Rolle bei der normalen biologischen Funktionen suchen , vielleicht in der Regulierung des Wachstums von Gewebe.