Beweging Celmembranen Genereert Elektriciteit via Flexoelectriciteit, Toont Nieuw Onderzoek

Wetenschappelijk onderzoek heeft bevestigd dat onzichtbare, constante beweging op de membranen van levende cellen elektriciteit opwekt door het mechanisme van flexoelectriciteit. Deze bevindingen, die een snijvlak vormen tussen biofysica en cellulaire biologie, openen nieuwe perspectieven voor het begrijpen van cellulaire communicatie en interactie, waarbij mechanische fluctuaties direct worden omgezet in elektrische signalen. De resultaten werden gedetailleerd uiteengezet in een publicatie van december 2025 in het tijdschrift PNAS Nexus.

Het onderzoek werd geleid door Pradeep Sharma en zijn collega's, die een wiskundig model ontwikkelden om dit fenomeen te kwantificeren. De beschrijving bevestigt dat energie-gedreven fluctuaties van het cellulaire membraan, aangedreven door processen zoals ATP-hydrolyse, waarneembare elektrische effecten veroorzaken. Deze actieve moleculaire processen genereren fluctuerende mechanische krachten op het membraan, wat resulteert in een elektrische polarisatie door de kromming. Flexoelectriciteit is een universeel effect dat in alle diëlektrica voorkomt, waarbij een niet-uniforme rek een polarisatie in het materiaal veroorzaakt.

Cruciale kwantitatieve gegevens uit het onderzoek tonen aan dat de opgewekte spanningen oplopen tot 90 millivolt, wat vergelijkbaar is met de spanningsveranderingen die optreden bij neuronale signalering. Deze elektrische veranderingen vonden plaats op milliseconden-tijdschalen, wat overeenkomt met de typische curve van een actiepotentiaal. Het onderzoeksteam, waartoe naast Sharma ook Pratik Khandagale en Liping Liu behoren, stelt dat deze actieve membraanfluctuaties een kracht kunnen genereren die ionen over het membraan kan duwen, mogelijk zelfs tegen hun elektrochemische gradiënten in.

Deze ontdekking biedt een fysische basis voor het verklaren van sensorische processen en het vuren van neuronen, en suggereert een rol voor energieoogst binnen cellen. De relevantie van deze bevindingen is tweeledig: het biedt een fysische onderbouwing voor de mechanismen achter sensorische waarneming en neuronale activiteit, en het opent de deur naar energieoogst binnen levende systemen. Bovendien kan dit inzicht de ontwikkeling van materiaal beïnvloeden dat de elektrische eigenschappen van levende systemen nabootst.

Flexoelectriciteit in biologische membranen is eerder in verband gebracht met functies zoals het gehoor. Wat nieuw is aan dit onderzoek, is de stelling dat dit universele fysische principe constant werkzaam is op gewone celmembranen, aangedreven door de interne actieve processen van de cel, zoals de afbraak van adenosinetrifosfaat (ATP). De onderzoekers modelleren cellen niet langer als louter passieve chemische fabrieken, maar als actieve fysische systemen waar fluctuaties een fundamentele functie vervullen.