Gerakan Membran Sel Tak Terlihat Hasilkan Listrik Melalui Fleksoelektrisitas

Sebuah terobosan signifikan dalam biofisika telah mengonfirmasi bahwa gerakan tak kasat mata pada membran sel hidup menghasilkan listrik melalui mekanisme yang dikenal sebagai fleksoelektrisitas. Penemuan ini, yang dipublikasikan dalam jurnal PNAS Nexus pada Desember 2025, menawarkan perspektif baru mengenai komunikasi dan interaksi seluler. Penelitian ini dipimpin oleh Pradeep Sharma dan rekan-rekannya, Pratik Khandagale dan Liping Liu, yang berhasil mengembangkan model matematika unik untuk menjembatani mekanika seluler dengan prinsip fisika dasar.

Inti dari temuan ini adalah konfirmasi bahwa fluktuasi membran sel yang didorong oleh energi, seperti yang diakibatkan oleh hidrolisis ATP, menciptakan efek listrik yang terukur. Proses molekuler aktif ini menghasilkan gaya mekanis yang berfluktuasi pada membran, yang kemudian, melalui penggandengan fleksoelektrik, mengubah perpindahan bidang membran menjadi tegangan melintasi membran. Para peneliti dari Universitas Houston dan Rutgers University ini menunjukkan bahwa sel bukanlah sistem pasif, melainkan sistem aktif yang didorong oleh konsumsi ATP dan dinamika protein.

Data kunci yang dihasilkan dari pemodelan ini menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan dapat mencapai nilai setinggi 90 milivolt, sebuah besaran yang sebanding dengan perubahan tegangan yang terjadi selama pensinyalan neuron. Lebih lanjut, perubahan tegangan ini teramati terjadi pada skala waktu milidetik, yang sangat cocok dengan kurva potensial aksi tipikal yang diamati pada sel saraf. Fakta ini secara langsung menghubungkan dinamika molekuler mikroskopis dengan fenomena biologis makroskopis.

Kesimpulan utama dari penelitian ini adalah bahwa fluktuasi membran aktif dapat menghasilkan gaya yang berpotensi mendorong transpor ion melintasi gradiennya, sebuah proses yang secara tradisional dianggap membutuhkan energi dari pompa molekuler khusus. Sifat elastis dan dielektrik membran menentukan polaritas dan arah transpor ion ini. Implikasi teoretis dari kerangka kerja ini sangat luas, karena memberikan dasar fisik untuk memahami proses sensorik dan penembakan neuronal, yang sebelumnya belum sepenuhnya terjelaskan.

Fleksoelektrisitas, yang secara universal ada di semua dielektrik, telah lama diakui berperan dalam proses sensorik seperti pendengaran, namun penerapannya secara konstan pada membran sel biasa adalah hal baru. Penemuan ini menggeser pandangan sel dari sekadar pabrik kimia menjadi sistem fisik yang aktif. Secara praktis, temuan ini membuka jalan bagi aplikasi potensial dalam ilmu material, khususnya dalam pengembangan material cerdas yang meniru sifat listrik sistem biologis melalui kemampuan untuk memanen energi mekanik menjadi listrik melalui lenturan membran.

Penelitian yang dipimpin oleh Pradeep Sharma ini secara eksplisit menyoroti bagaimana proses aktif seperti hidrolisis ATP, di mana energi kimia diubah menjadi kerja mekanis, secara tidak langsung menghasilkan sinyal listrik. Kerangka kerja ini menawarkan lensa baru untuk melihat antarmuka antara mekanika dan bio-listrik dalam kehidupan, dan penelitian lebih lanjut dapat memperluas model ini ke rakitan multiseluler untuk menyelidiki bagaimana fluktuasi aktif mendorong fenomena bioelektrik kolektif pada skala jaringan.