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Elektrizitäts-Rätsel

Strom aus Tränen und Eiern

Wie Quarz oder völlig anders? Das weit verbreitete Enzym Lysozym erzeugt unter Druck eine elektrische Spannung - und gibt Hinweise auf den Ursprung des Effekts.
Junge Frau mit Rosen auf dem Kopf und Tränen im Gesicht vor hellblauem Hintergrund. Möglicherweise hat sie einfach vergessen, die Dornen zu entfernen.

Kristalle des in Tränen enthaltenen Enzyms Lysozym erzeugen unter Druck eine elektrische Spannung. Das berichtet eine Arbeitsgruppe um Aimee Stapleton von der University of Limerick in den "Applied Physics Letters". Die Stärke des beobachteten piezoelektrischen Effekts bewege sich in der Größenordnung des technisch genutzten Quarzes, so die Forscherin. Dieser piezoelektrische Effekt ist bei anorganischen Materialien wie Quarz gut erforscht, er tritt aber ebenfalls bei biologischen Materialien wie Knochen auf. Bisher ist jedoch völlig unbekannt, ob hinter beiden Phänomenen der gleiche physikalische Mechanismus steckt. Lysozym wird bereits großtechnisch hergestellt und ist einfach zu kristallisieren, so dass die Arbeitsgruppe mögliche technische Anwendungen des Effekts in Betracht zieht.

Das Team um Stapleton untersuchte zwei verschiedene Kristallformen des Lysozyms, und beide zeigen den Effekt. Der klassische piezoelektrische Effekt tritt in Kristallen auf, die kein Symmetriezentrum haben. Durch den Druck wandern die Schwerpunkte der positiven und negativen Ladungen auseinander, so dass eine Spannung im Kristall anliegt.

Die beiden Kristallvarianten des Lysozyms – monoklin und tetragonal – erfüllen diese Bedingung ebenfalls, deshalb sprechen die Messungen dafür, dass anorganische und organische Piezoelektrik auf dem fundamental gleichen Mechanismus basieren. Bisher ist der piezoelektrische Effekt vor allem in faserigen Materialien wie Kollagen gut untersucht, in denen dieser Zusammenhang weniger klar ist. Stapleton und ihr Team spekulieren nun, dass der Effekt eine biologische Funktion haben könnte. Welche, ist aber unklar. Realistischer erscheint der Einsatz des Proteins als Ersatz für bisherige piezoelektrische Materialien, die teilweise giftige Schwermetalle enthalten.

40/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 40/2017

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