Pendant des années, les scientifiques se sont demandé si le cœur et les vaisseaux adjacents auraient pu évoluer pour être piézoélectriques, ce qui signifie que le tissu peut générer une charge électrique lorsqu'il est pressé. Ils pensaient que le cœur profitait peut-être de cette relation électromécanique pour alimenter des décennies de battements continus. Alors que certaines études ont soutenu l'idée que les parois de l'aorte sont piézoélectriques voire ferroélectriques, où les dipôles électriques permanents peuvent être commutés par un champ électrique, les recherches les plus récentes ne trouvent aucune preuve de ces propriétés.
Une collaboration de chercheurs allemands a étudié la question en testant des échantillons d'aorte de porc à l'aide d'une configuration traditionnelle, connu sous le nom de Sawyer-Tour, pour détecter la ferroélectricité. Leurs expériences suggèrent que l'aorte n'a pas de propriétés particulières, et agit plutôt comme un matériau diélectrique standard qui ne conduit pas le courant. Ils rapportent ces résultats cette semaine dans Lettres de physique appliquée .
Les scientifiques ont d'abord réalisé que les tissus biologiques peuvent être piézoélectriques dans les années 1950, lorsque les scientifiques japonais Eiichi Fukada et Iwao Yasuda ont détecté cette propriété dans le tissu osseux. À la fin des années 1800, les scientifiques savaient que les os se renforcent en réponse au stress appliqué, mais des recherches ultérieures ont montré que la compression osseuse génère une charge électrique, qui stimule les processus biologiques pour renforcer le tissu osseux. Depuis, les scientifiques ont détecté de la piézoélectricité dans d'autres tissus, y compris la trachée, intestins, fibres musculaires et même des carapaces de homard.
Des études récentes utilisant une technique appelée microscopie à force de réponse piézoélectrique (PFM) ont montré que les aortes de porc ne sont pas seulement piézoélectriques mais aussi ferroélectriques, qui est une condition préalable à la piézoélectricité dans les matériaux désordonnés. La PFM est une technique puissante pour détecter la piézoélectricité et la commutation ferroélectrique, mais ne peut traiter que des zones de taille micrométrique. De plus, dans les tests de ferroélectricité, la technique peut créer des artefacts trompeurs.
« Il y a eu beaucoup de controverses sur ce sujet, " a déclaré Thomas Lenz de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères et l'un des auteurs de l'étude. Lui et ses collègues ont pesé sur la discussion en utilisant une simple configuration Sawyer-Tower, utilisé pour la première fois par C.B. Sawyer et C.H. Tour de mesure des boucles d'hystérésis ferroélectrique en 1929.
La technique Sawyer-Tower consiste à appliquer un champ électrique à un matériau, puis à mesurer le déplacement électrique résultant. Couplé à un capteur photonique, les chercheurs peuvent mesurer simultanément comment le matériau change de forme en réponse au courant. Contrairement à la GFP, la technique fournit des résultats quantitatifs sur les propriétés électromécaniques à grande échelle.
Les chercheurs ont travaillé avec des biologistes et des anesthésistes du Centre médical universitaire de Mayence, en Allemagne, pour obtenir des aortes de porc. Ils ont conservé les morceaux d'aorte de la même manière que les études précédentes utilisant la PFM. Ils ont découvert que lorsqu'ils appliquaient un champ électrique sur un morceau de tissu de la taille d'un centimètre, il a changé de forme comme tout matériau diélectrique présentant une électrostriction.
Si le cœur ou d'autres tissus étaient ferroélectriques et piézoélectriques, alors ils devraient être constitués d'un biopolymère avec une structure cristalline polaire. Pour l'aorte, c'est extrêmement improbable car ses parois ont une structure anatomique complexe qui est différente des os, où la structure polaire du collagène donne leurs fascinantes propriétés piézoélectriques.
"Nous n'avons pu voir aucun signe de piézoélectricité ou de ferroélectricité, et nous avons pensé que nous devrions contribuer à la discussion scientifique, " dit Lenz, notant que leur travail n'est qu'un élément de preuve sur ce sujet. "C'est dommage. J'aurais aimé l'étudier plus avant."
