Пьезоэлектрический эффект - это свойство некоторых материалов преобразовывать механическую энергию в электрический ток. «Пьезо» - это греческое слово, которое означает «сжимать». Эффект был впервые обнаружен Пьером Кюри и Жаком Кюри в 1880 году. Доктор И. Ясуда в 1957 году обнаружил наличие пьезоэлектрического эффекта в костях.
Прямое пьезоэлектричество
Прямой пьезоэлектрический эффект определяется как способность материала создавать напряжение при растяжении или сжатии.
Обратное пьезоэлектричество
Обратный пьезоэлектрический эффект определяется как изгиб, вызванный пьезоэлектрические материалы, например керамика и кристаллы, из-за приложенного потенциала или электрического поля.
Кость
Большинство костей состоит из костного матрикса неорганического и органического происхождения. Гидроксиапатит, который является кристаллическим, образует неорганическую часть костного матрикса. С другой стороны, коллаген I типа является органической частью матрикса. Было обнаружено, что гидроксиапатит отвечает за пьезоэлектричество в костях.
Происхождение пьезоэлектричества в костях
Когда молекулы коллагена, состоящие из носителей заряда, подвергаются напряжению, эти носители заряда изнутри перемещаются к поверхности образца. Это создает электрический потенциал через кость.
Плотность костей и пьезоэлектрический эффект
Напряжение, действующее на кость, создает пьезоэлектрический эффект. Этот эффект, в свою очередь, привлекает костные клетки (называемые остеобластами) из-за образования электрических диполей. Это впоследствии откладывает минералы - в первую очередь кальций - на напряженной стороне кости. Следовательно, пьезоэлектрический эффект увеличивает плотность костей.
Значимость
Внешняя электрическая стимуляция может привести к заживлению и восстановлению кости. Кроме того, пьезоэлектрический эффект в кости может быть использован для ремоделирования кости. Доктор Юлиус Вольф в 1892 году заметил, что форма кости изменяется в ответ на действующие на нее силы. Это также известно как закон Вольфа.