Ons ferroelektrische zelf

Share Button

Ferroelektriciteit is alleen van belang in elektronische componenten, was de gangbare wijsheid. Niets blijkt minder waar. Zo blijkt ons lichaam op tal van plaatsen ferroelektrische fenomenen te herbergen en zou ferroelektriciteit wel eens de sleutel kunnen zijn om een aantal ernstige aandoeningen te genezen.

Wat is ferroelektriciteit?
Ferromagnetisme ken je waarschijnlijk: het verschijnsel dat een stuk weekijzer of ander ferromagnetisch materiaal in een magnetisch veld ook magnetisch wordt. Minder bekend is dat er ook zogeheten ferroelektrische materialen bestaan, die precies hetzelfde effect vertonen, maar dan voor elektrische lading.

Deze ferroelektrische condensator kan in twee standen geschakeld worden. Ideaal als geheugenelement. Bron: Wikipedia Commons

Deze ferroelektrische condensator kan in twee standen geschakeld worden. Ideaal als geheugenelement. Bron: Wikipedia Commons

Ferroelektriciteit is in 1923 ontdekt door J. Valasek. Wordt een zogeheten ferroelektrisch materiaal in een elektrisch veld gebracht, dan gaan de elektrische dipooltjes in het materiaal (in de praktijk vaak combinaties van positieve en negatieve ionen in een zout) zich parallel aan dit veld richten. Wat ontstaat is een tijdelijke elektreet: een elektrische equivalent van een magneet.

Ferroelektrische materialen houden hun elektrische dipoollading, ook nadat het elektrische veld wegvalt: het zogeheten hysteresiseffect. Pas met een tegengesteld elektrisch veld verdwijnt de tijdelijke lading. Dit effect kan, net als met ferromagnetische hysterese in  ouderwetse harde schijven en magneettape gebeurt, worden gebruikt om informatie mee op te slaan. Dat gebeurt ook al: in RFID-chips bijvoorbeeld. Het grote voordeel van ferroelektriciteit boven ferromagnetisme is dat elektrische velden vrijwel geen elektrische stroom vereisen om op te wekken. Dat maakt ferroelektrisch geheugen veel zuiniger dan ferromagnetisch geheugen. Daarom zijn ferroelektrische onderdelen erg populair in elektronica met weinig of geen beschikbare energie, zoals sensoren en RFID chips.

Ferroelektriciteit in levend weefsel van zoogdieren ontdekt
Naar nu blijkt, bevat ook ons eigen lichaam heel wat ferroelektrische materialen. Deze ontdekking maakt het mogelijk om “elektromedische” medicijnen te ontwikkelen die bijvoorbeeld voorkomen dat cholesterol aan de wand van bloedvaten blijft kleven en, in de middellange toekomst, bio-compatibel ferroelektrisch geheugen dat programmatuur voor kleine geïmplanteerde apparaten opslaat.

Dat elektriciteit van vitaal belang in ons lichaam is is al enkele eeuwen bekend. Om precies te zijn – sinds de infame proeven met kikkerpoten van elektro-pionier Alessandro Volta. Mitochondrieën wekken bij de afbraak van glucose elektrische spanning op, die in de vorm van NAD/NADH+ wordt afgetapt en zo de hele cel aandrijft. Zenuwcellen geven elektrische impulsen door door bliksemsnel om te polen. Dit blijkt nog maar het topje van de ijsberg. Zo sturen natuurlijke elektrische velden de ontwikkeling van embryo’s en het helen van wonden. Nu hebben Jiangyu Li van de University of Washington in Seattle en zijn team in de noordwestelijke Amerikaanse staat Washington ontdekt dat weefsel in de aorta van varkens ferroelektrisch is: elektrische velden kunnen de oriëntatie van in ieder geval sommige moleculaire componenten bepalen (Physical Review Letters, DOI: 10.1103/physrevlett.108.078103). De eiwitten in kwestie komen algemeen voor bij zoogdieren, ook bij mensen. Collega Sergei Kalinin denkt daarom dat dit verschijnsel wel eens in alle zachte weefels kan voorkomen.

“Ferroelektriciteit absorbeert schokken”
Huajian Gao van Brown University in Providence, Rhode Island, heeft verschillend vermoedens over de reden achter dit merkwaardige verschijnsel. Zo is ferroelektriciteit kort geleden ontdekt in de eiwitten van zeeschelpen, waar het werkt als schokbreker. Als ferroelektrische materialen van vorm veranderen, ontstaan hoge spanningen die de dipolen latgen kantelen. Hierdoor wordt energie geabsorbeerd -en omgezet in warmte- die anders de schelp zou verwoesten. (Acta Materialia, DOI: 10.1016/j.actamat.2011.03.001). Gao veronderstelt dat er in de aorta iets vergelijkbaars aan de hand is. Abnormale hartritmestoornissen, als gevolg van de aanval door een roofdier bijvoorbeeld, zouden zo opgevangen kunnen worden door de rest van het lichaam.

Aanhangers van het paranormale geloven dat er een energieveld om het lichaam heen hangt, de zogeheten aura. Toch niet helemaal onzin?

Aanhangers van het paranormale geloven dat er een energieveld om het lichaam heen hangt, de zogeheten aura. Toch niet helemaal onzin?

Elektrische matrix?
Het is ook mogelijk (althans: dit is mijn persoonlijke theorie) dat het lichaam een soort elektrische matrix bevat en dat de ferroelektrische materialen in de aorta hier onderdeel van uitmaken. Dit zou typisch grenswetenschappelijke activiteiten als auralezen en aurahealing iets minder absurd maken dan ze lijken. Bekend is al dat elektrische velden ontwikkeling en groei in het lichaam sturen. Het in stand houden van deze velden is daarmee van essentieel belang voor het lichaam. Zij sturen de juiste morfologie en houden de lichaamsprocessen in evenwicht. Wellicht spelen ferroelektrische materialen in ons lichaam een essentiële rol bij het scheppen en in stand houden van deze elektrische velden en is een verstoring in deze (overigens zeer zwakke) velden een oorzaak van bepaalde ziekten.

Bloedvatwanden afstotende lading geven voor cholesterol?
Cholesterol bevat een dipool: een interne positieve en negatieve lading. Omdat gelijksoortige ladingen elkaar afstoten, veronderstelt Li dat het mogelijk is om om de lading op de wanden van de aorta om te keren. Hiermee zou het cholesterol afgestoten worden door de aortawand en aderverkalking voorkomen worden. “Het is zeer speculatief, maar als we een medicijn met een bepaalde lading op de vaatwand kunnen hechten, kan dat leiden tot een andere interactie met cholesterol.”

Waardoor ontstaat het ferroelektrische effect?
De onderzoekers denken dat twee eiwitten, elastine en collageen, verantwoordelijk zijn voor het ferroelektrische effect. Als het eiwit in kwestie collageen is, is de directe bron voor de ferroelektriciteit wellicht het aminozuur glycine (Gly). Glycine is het eenvoudigst denkbare aminozuur met slechts één waterstofatoom, waar een ingewikkelde groep zit bij andere aminozuren. Volgens onderzoek van Andrei Kholkin van de Universiteit van Aveiro, Portugal, blijkt dat glycine ferroelectrisch is als zijn moleculen worden gerangschikt in een bepaalde vorm van een kristallijn rooster.  Of glycine deze vorm aanneemt in het lichaam is echter onduidelijk en zelfs als het zo is, aldus Li, is het de vraag of dit de waargenomen ferroelektriciteit verklaart. Ook in andere delen van cellen is al ferroelektriciteit aangetoond, waaronder in microtubuli. Vermoedelijk geldt dit ook voor de moleculen die ionen helpen psseren door celmembranen. Kortom: vermoedelijk is ferroelektriciteit alomtegenwoordig. De natuur was ons al honderden miljoenen jaren voor. Een gedachte om tot nederigheid te stemmen.

Biologisch geheugen
Wat ook de oorzaak voor de waargenomen ferroelektriciteit is, de ontdekking dat glycine een ferroelektrisch materiaal is, opent mogelijkheden voor zeer compacte biogeheugens. Glycine is als lichaamseigen aminozuur namelijk volkomen veilig.  In theorie kan een elektrisch veld, toegepast op een moleculair rooster, molecuul voor molecuul omkeren. Bij vaste kristallen zijn dat al gauw een dozijn of meer, wat dit een extreem compact geheugen maakt. De complete inhoud van een moderne harde schijf, een terabyte, zou althans in theorie, op enkele vierkante millimeters glycinegeheugen kunnen worden geprint. Let wel: op een laagje van een molecuul dik. Je zou dan als mens met gemak meer muziek bij je kunnen dragen dan je je leven kan luisteren. Of de inhoud van alle boeken die ooit geschreven zijn. Niet gek. Of een nog veel verbijsterender idee: de complete informatieinhoud van je geheugen. Stel, in de verre toekomst lig je op sterven. Via een bionisch netwerk, dat haarfijn elk neuron aftapt, wordt de complete inhoud van je brein afgelezen en in een glycinegeheugen gegraveerd. Na een paar maanden word je weer wakker in een nieuw lichaam met al je herinneringen intact. Wie weet zou deze functie in ons DNA ingebouwd kunnen worden. Stof tot nadenken…

Bron:
Exotic electrical effect pops up in soft mammalian tissue, New Scientist, 2012

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. Elrandy schreef:

    De letterlijke vertaling van reïncarnatie, is dan ook wederkeren in het vlees.

    Stof zijt gij en tot stof zult gij wederkeren.

    Wie denkt zelf en voor wie wordt er gedacht?

    Soms moet men niet denken maar doen toch!

    bipolaire talenten.

    :) 

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger