陈根：新型生物材料，具有良好的压电性能

文/陈根

胶原蛋白是人体组织中重要的构造性蛋白质，占人体所有蛋白质的30% 左右。它是一种螺旋结构的生物材料，具有良好的机械强度和柔韧性，这就使它经常应用于人体器官组织的修补及再生。

然而，由于胶原蛋白分子又大又复杂，所以研究人员长期以来都在寻找一种以胶原蛋白为基础、表现出相似特性的极简分子。大约一年半前，研究人员使用纳米技术手段设计了一种新型生物材料，其可以有效满足这些要求。

该生物材料由三个氨基酸组成，能通过简单的自我组装形成类似胶原蛋白的螺旋结构，且强度跟金属钛相似。在目前的研究中，研究人员试图检验该材料是否具有胶原蛋白的另一个特征--压电。

压电是一种材料在机械力作用下产生电流和电压的能力，或可以在电场作用下产生机械力的能力。检验中，研究人员创建了工程材料的纳米结构，并在先进的纳米技术工具帮助下对其施加机械压力。

实验表明，压力的作用会使该材料产生电流和电压，且产生的最高电流和电压只在几百纳米的微小结构中显示出。在纳米材料中发现这种压电强度具有重大意义，它证明了工程材料也可以作为小型设备的微型马达。

此外，目前市面上很多压电材料都是由含铅材料或聚合物制成，对环境和人体不太友好。但是，新材料是完全生物的，适合在人体内使用。如果用这种材料制成设备，替代为心脏起搏器等植入物，可能会带来意想不到的惊喜。

现在，研究人员正在了解工程材料的分子机制，以释放该材料最大的潜力。未来，研究人员计划使用晶体学和计算量子力学方法，来获得对材料压电行为的深入了解，从而尝试使晶体精确工程用于构建生物医学设备。

这种纳米技术设计的新型材料在医学领域具有良好的应用前景，如上文提到的，可以通过收集人体的自然运动来维持植入设备（如起搏器）的运行，从而消除对电池的依赖；其也有机会成为环境友好型材料，代替目前广泛使用的含铅压电材料。总的来说，该技术材料具有广阔的发展空间。