所謂壓電效應, 是指電介質材料中一種機械能與電能互換的現象, 當對壓電材料施以物理壓力時, 材料體內的電偶極矩會因壓縮而變短, 此時壓電材料為抵抗這變化, 會在表面上產生等量的正負電荷以對抗壓力, 避免變形. 這種由於形變而產生電極化的現象稱為「正壓電效應」, 實質上是機械能轉化為電能的過程.
若反之, 當在壓電材料表面施加電場 (電壓) 時, 電偶極矩因電場作用被拉長, 壓電材料為抵抗這變化會沿著電場方向伸長, 這種由於電場作用而產生機械形變的過程稱為「逆壓電效應」, 實質上是電能轉化為機械能的過程. 利用這種機械振動和交流電互相轉換的特性, 壓電材料廣泛應用於感測器組件中, 如手機諧振器, 地震感測器, 加速度測量組件, 深海聲納等. 石英是常見的壓電材料, 而木材, 動物骨骼, 皮膚, 血管組織也都具有壓電性.
生物有機體其實有各種供電來源, 比如眼淚一些成分如葡萄糖, 乳酸鹽等都具發電能力, 而日前, 中國複旦大學團隊也剛提出一種利用血液流動產生電力的方法. 不過現在, 就連人類眼淚中的某種蛋白質都可以產生電力了, 那就是溶菌酶晶體, 當它從外施加物理壓力時會產生電能.
▲ 科學家第一次發現眼淚中的溶菌酶晶體具有壓電性. (Source: 利墨瑞克大學)
過去, 溶菌酶 (lysozyme) 在實驗室廣泛應用於對細菌進行的細胞破碎技術, 加上溶菌酶易結晶的特性, 也常用於各種晶體學相關研究, 但這是科學家第一次找到溶菌酶具壓電性的證據, 研究主要作者 Aimee Stapleton 表示, 溶菌酶晶體的壓電度大到足以媲美石英.
由於溶菌酶是種無毒生物材料, 研究團隊表示, 未來溶菌酶在能量收集, 生物醫學設備等領域將有許多創新應用, 它可以替代一些生物相容性的電子產品, 比如常含有毒元素鉛的壓電能量收集器. 這項研究已發表在《應用物理通訊》期刊.