看，圍繞著我們的生物電
□何積惠 編譯
科研人員意外地在哺乳動(dòng)物的軟組織中驗(yàn)證了一種奇異的被稱為鐵電性的電氣現(xiàn)象。迄今為止，鐵電性一直被用于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，而新的發(fā)現(xiàn)使科研人員浮想聯(lián)翩地琢磨起各種可能性，例如利用“電性”藥物使膽固醇無法粘附于動(dòng)脈，甚至?xí)信c“電性”藥物兼容的生物存儲(chǔ)器出現(xiàn)。
電性在人體中發(fā)揮著傳遞神經(jīng)和肌肉脈動(dòng)等維持生命的作用。天然電場似乎還會(huì)協(xié)助胚胎的發(fā)育和傷口的愈合。“實(shí)際上，我們渾身上下都帶有電性。”西雅圖華盛頓大學(xué)的李江玉（音譯）說。
現(xiàn)在，他和他的同事們?yōu)樯镫娦哉业搅艘粋€(gè)新的出路。他們的實(shí)驗(yàn)表明：豬動(dòng)脈與主動(dòng)脈壁的組織是帶鐵電性的，這意味著電場能控制至少某些分子成分的取向。構(gòu)成軟組織的蛋白質(zhì)廣泛地見之于哺乳動(dòng)物，包括人類在內(nèi)的身體，所以“它完全有可能在一切組織層面上發(fā)生?！碧锛{西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的謝爾蓋·加利寧說。
鐵電性是于1920年被發(fā)現(xiàn)的，其效應(yīng)取決于分子或結(jié)晶固體中正、負(fù)電荷不均等的分布。例如在溫度超過閾值的情況下，構(gòu)成晶體鋯鈦酸鉛的離子會(huì)排列成一個(gè)立方體，致使電荷呈現(xiàn)對稱狀。但在低于該溫度的情況下，居中的正離子會(huì)移動(dòng)到新的位置，在晶體的一端形成更多的正電荷。這個(gè)“偶極”跟條形磁鐵的南北極很相似。
給壓電材料施加壓力能讓電荷移動(dòng)得甚至更遠(yuǎn)，進(jìn)一步降低溫度則會(huì)對熱電材料產(chǎn)生同樣的影響。這兩種效應(yīng)均可倒向地發(fā)揮作用，所以一個(gè)電場就能改變這些材料的形狀或溫度。鐵電性材料則又進(jìn)了一步：除了在某個(gè)溫度下形成的偶極外，它們的極性還可能因電場接通而發(fā)生翻轉(zhuǎn)。這使它們適宜對數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制位的存儲(chǔ)——一個(gè)偶極排列對a0進(jìn)行編碼，反過來則編碼a1。與某些其他存儲(chǔ)類型相比，鐵電性儀器在數(shù)據(jù)編碼中耗用的能量更少，它們的排列甚至在電能切斷的情況下也會(huì)保持不變。
那么，鐵電性究竟會(huì)在主動(dòng)脈壁上起到什么作用呢？美國布朗大學(xué)的高華?。ㄒ糇g）提出了若干見解。在海貝殼的蛋白質(zhì)中，最近發(fā)現(xiàn)了有助于形成物理彈性的鐵電性。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)受到?jīng)_擊而發(fā)生畸變時(shí)，可能引起它們的偶極翻轉(zhuǎn)而使原本可能撞擊貝殼的能量得以消散。據(jù)高華健解釋，“電偶極每一次發(fā)生轉(zhuǎn)換，它都會(huì)以熱量的形式被驅(qū)散。”
類似的作用可能會(huì)對主動(dòng)脈壁產(chǎn)生影響，主動(dòng)脈作為人體中最大的動(dòng)脈，最容易受到高血壓的侵襲。“如果我們的人體有辦法轉(zhuǎn)換那種能量，那么大概就不會(huì)受到壓力峰值的影響了?！备呷A健聲稱。
不管人體如何使用鐵電性，它客觀存在的事實(shí)可能導(dǎo)向同疾病斗爭的新途徑。膽固醇有一個(gè)偶極。據(jù)李江玉解釋，由于同類電荷相互排斥，因此如能逆轉(zhuǎn)主動(dòng)脈壁上的電荷，或許就可以防止膽固醇的積淀?！斑@在很大程度是一種推測，但如果我們能將帶有一定電荷的藥物送抵動(dòng)脈壁，那就有可能同膽固醇形成不一樣的互動(dòng)。”
離開目標(biāo)還有很長的路要走，因?yàn)槟壳斑€沒有弄清動(dòng)脈壁上測得的鐵電性背后隱藏著什么秘密。研究人員懷疑它源自軟組織成分之一的蛋白質(zhì)、彈力蛋白和膠原。如果是后者，則鐵電性可能源自膠原的基礎(chǔ)材料之一——甘氨酸。
在《高級功能材料》刊載的論文中，葡萄牙阿威羅大學(xué)的安德烈·霍爾金及其同事宣稱，甘氨酸在其分子按特定晶格排列時(shí)也有鐵電性。李江玉認(rèn)為，甘氨酸在人體內(nèi)是否具有這種結(jié)構(gòu)尚不清楚，即使有的話，“斷言它構(gòu)成了我們所見到的鐵電性還為時(shí)太早”。
現(xiàn)已退休的生物物理學(xué)家理查德·洛伊泰格說，鐵電性——或其細(xì)微的跡象——先前是在生物分子中被發(fā)現(xiàn)的。有助于細(xì)胞分裂、被稱為微管的蛋白質(zhì)據(jù)稱是帶有鐵電性的，他認(rèn)為允許離子通過細(xì)胞膜，從而將脈動(dòng)攜帶過神經(jīng)和肌肉纖維的分子同樣如此?！拔乙獜?qiáng)調(diào)的是鐵電性存在于人體的所有細(xì)胞。”他聲稱。他又補(bǔ)充說，若要讓這些成分在組織層面上顯現(xiàn)鐵電性，或許需要它們的偶極至少有一部分形成排列。
霍爾金表示，不管出于什么原因，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都為用人體內(nèi)早已存在的分子構(gòu)筑存儲(chǔ)設(shè)備鋪平了道路。“甘氨酸是完全安全的，”他說，“它可以構(gòu)成存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)，插入體內(nèi)后能為輸送藥物的微型植入片編制程序?！?
是到挖掘潛能的時(shí)候了。
