Durante años, Los científicos se han preguntado si el corazón y los vasos adyacentes podrían haber evolucionado para ser piezoeléctricos, lo que significa que el tejido puede generar una carga eléctrica cuando se aprieta. Pensaron que tal vez el corazón se aproveche de esta relación electromecánica para alimentar décadas de latidos continuos. Si bien algunos estudios han apoyado la idea de que las paredes de la aorta son piezoeléctricas o incluso ferroeléctricas, donde los dipolos eléctricos permanentes pueden ser conmutados por un campo eléctrico, la investigación más reciente no encuentra evidencia de estas propiedades.

Una colaboración de investigadores alemanes investigó la cuestión analizando muestras de aorta de cerdo utilizando una configuración tradicional, conocido como Sawyer-Tower, para detectar ferroelectricidad. Sus experimentos sugieren que la aorta no tiene propiedades especiales, y en su lugar actúa como un material dieléctrico estándar que no conduce corriente. Informan estos hallazgos esta semana en Letras de física aplicada .

Los científicos se dieron cuenta por primera vez de que los tejidos biológicos pueden ser piezoeléctricos en la década de 1950, cuando los científicos japoneses Eiichi Fukada e Iwao Yasuda detectaron esta propiedad en el tejido óseo. A finales del siglo XIX, Los científicos sabían que los huesos se fortalecen en respuesta al estrés aplicado, pero una investigación posterior mostró que la compresión ósea genera una carga eléctrica, que estimula los procesos biológicos para fortalecer el tejido óseo. Desde entonces, los científicos han detectado piezoelectricidad en otros tejidos, incluida la tráquea, intestinos fibras musculares e incluso conchas de langosta.

Estudios recientes que utilizaron una técnica llamada microscopía de fuerza de respuesta piezoeléctrica (PFM) ofrecieron evidencia de que las aortas de cerdo no solo son piezoeléctricas sino también ferroeléctricas. que es un requisito previo para la piezoelectricidad en materiales desordenados. PFM es una técnica poderosa para detectar piezoelectricidad y conmutación ferroeléctrica, pero solo puede abordar áreas del tamaño de un micrómetro. Es más, en pruebas de ferroelectricidad, la técnica puede crear artefactos engañosos.

"Hubo mucha controversia sobre este tema, ", dijo Thomas Lenz del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros y uno de los autores del estudio. Él y sus colegas intervinieron en la discusión utilizando una configuración simple de Sawyer-Tower, utilizado por primera vez por C.B. Sawyer y C.H. Torre para medir lazos de histéresis ferroeléctrica en 1929.

La técnica Sawyer-Tower implica aplicar un campo eléctrico a un material y luego medir el desplazamiento eléctrico resultante. Junto con un sensor fotónico, los investigadores pueden medir simultáneamente cómo el material cambia de forma en respuesta a la corriente. A diferencia de PFM, la técnica proporciona resultados cuantitativos sobre propiedades electromecánicas a gran escala.

Los investigadores trabajaron con biólogos y anestesiólogos del Centro Médico Universitario de Mainz, en Alemania, para obtener aortas de cerdo. Conservaron las piezas de aorta de la misma forma que lo hicieron los estudios previos utilizando PFM. Descubrieron que cuando aplicaban un campo eléctrico sobre una pieza de tejido del tamaño de un centímetro, cambió de forma como cualquier material dieléctrico que presentara electrostricción.

Si el corazón u otros tejidos fueran ferroeléctricos y piezoeléctricos, entonces tendrían que estar hechos de un biopolímero con una estructura de cristal polar. Para la aorta esto es extremadamente improbable porque sus paredes tienen una estructura anatómica compleja que es diferente a los huesos, donde la estructura polar del colágeno produce sus fascinantes propiedades piezoeléctricas.

"No pudimos ver ningún signo de piezoelectricidad o ferroelectricidad, y pensamos que deberíamos contribuir a la discusión científica, "dijo Lenz, señalando que su trabajo es solo una línea de evidencia sobre este tema. "Es una lástima. Me hubiera gustado estudiarlo más a fondo".