Watt interni

L'effetto piezoelettrico è un fenomeno affascinante in cui alcuni materiali mostrano la capacità di generare una carica elettrica in risposta a sollecitazioni meccaniche o deformazioni e, viceversa, di deformarsi se sottoposti a un campo elettrico. Questo comportamento unico deriva dalla disposizione degli atomi all'interno di questi materiali, che crea un'asimmetria nella loro struttura reticolare cristallina. Quando viene applicata pressione o tensione al materiale, il reticolo si distorce, generando cariche elettriche sulla superficie del materiale. Questo effetto fu scoperto per la prima volta da Jacques e Pierre Curie nel 1880 e da allora ha trovato diverse applicazioni in vari campi.

Esistono applicazioni per la tecnologia nello sviluppo di attuatori per un controllo preciso del movimento, sensori per misurare pressione, accelerazione e vibrazioni, nonché in trasduttori acustici come microfoni e sensori a ultrasuoni. Inoltre, i materiali piezoelettrici vengono utilizzati nella raccolta di energia per convertire le vibrazioni meccaniche in energia elettrica per dispositivi portatili. Ciò ha il potenziale per alimentare dispositivi elettronici a basso consumo energetico in località remote o anche nella tecnologia indossabile, riducendo la dipendenza dalle fonti di energia tradizionali.

Le proprietà uniche dei materiali piezoelettrici hanno suscitato l’interesse nel loro utilizzo per alimentare dispositivi medici impiantabili, per eliminare la necessità delle batterie tradizionali. Tuttavia, la maggior parte di questi materiali sono rigidi e fragili e, peggio ancora, contengono spesso materiali tossici come piombo e quarzo. Gli amminoacidi rappresentano un'alternativa biocompatibile, ma per mostrare un forte effetto piezoelettrico, le molecole devono essere allineate nell'orientamento corretto. La produzione di film di amminoacidi, orientati nella stessa direzione, si è rivelata finora troppo impegnativa su larga scala.

Una nuova tecnica sviluppata dai ricercatori dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong potrebbe presto consentire la produzione di dispositivi medici biocompatibili e biodegradabili. Hanno dimostrato che i loro metodi possono produrre strati sottili di amminoacidi autoassemblati con un orientamento ordinato che coprono un'ampia superficie. Questi film sottili mostrano un forte effetto piezoelettrico che può essere sfruttato per generare elettricità dallo stiramento muscolare, dalla respirazione, dal flusso sanguigno e da altri movimenti del corpo. In futuro, questi fogli potrebbero alimentare pacemaker, biosensori e altri dispositivi. E una volta terminato il lavoro, possono tranquillamente dissolversi.

Nel corso della ricerca, il team ha scoperto che l’amminoacido β-glicina ha una risposta piezoelettrica eccezionalmente forte. Pertanto hanno fabbricato pellicole nanocristalline di questo amminoacido con una stampante per pellicole bioorganiche utilizzando il metodo di spruzzatura elettroidrodinamico. Durante la spruzzatura, viene applicato un campo elettrico tra la punta dell'ugello e il supporto conduttivo per favorire la formazione di nano-micro goccioline. A causa delle dimensioni minuscole delle nano-micro goccioline, l'acqua evapora molto rapidamente. E questo, a sua volta, serve ad orientare in modo coerente le molecole di β-glicina nel film biomolecolare risultante.

Uno dei ricercatori che hanno guidato il lavoro ha osservato che il loro “studio mostra una risposta piezoelettrica uniformemente elevata e un’eccellente termostabilità attraverso l’intero film di β-glicina. Le eccellenti prestazioni di output, la biocompatibilità naturale e la biodegradabilità dei film nanocristallini di β-glicina hanno implicazioni pratiche per applicazioni elettromeccaniche biologiche transitorie ad alte prestazioni, come biosensori impiantabili, alimentatori di ricarica wireless per componenti elettronici bioriassorbibili, chip intelligenti e altri scopi di ingegneria biomedica. .”

Al momento il team sta continuando a perfezionare i propri metodi con la speranza di rendere le pellicole flessibili quanto i tessuti biologici naturali. Stanno anche studiando modi per ottenere una produzione di massa a basso costo dei film. Una volta raggiunti questi obiettivi, intendono condurre esperimenti su modelli animali per mostrare il potenziale della nuova tecnologia per alimentare dispositivi medici impiantabili.