Las máquinas podrían comunicarse con los seres vivos

MADRID 20 Sep. (EUROPA PRESS) -

Los dispositivos humanos, desde las bombillas a los iPods, envían información a través de electrones. Los seres vivos, por otro lado, envían señales y realizan trabajos mediante el uso de iones o protones. Científicos de los materiales de la Universidad de Washington (Estados Unidos) han construido un transistor que utiliza protones, creando así una pieza clave para que los dispositivos puedan comunicarse directamente con los seres vivos. El estudio ha sido publicado esta semana en la revista 'Nature Communications'.

Los dispositivos que se conectan con los procesos del cuerpo humano están siendo desarrollados para la detección biológica o para prótesis, pero normalmente se comunican usando electrones, que son partículas con carga negativa, en lugar de protones, que son átomos de hidrógeno con carga positiva, o iones, que pueden tener carga positiva o carga negativa.

"Existe un reto en el desarrollo de interfaces, nos preguntamos cómo una señal electrónica se traduce en una señal iónica, o viceversa", dice el autor principal Marco Rolandi, profesor asistente de la Universidad de Washington de Ciencia de los Materiales e Ingeniería, y afirma que "hemos encontrado un biomaterial muy bueno para conducir protones que permite la posibilidad de interactuar con los sistemas vivos".

En el cuerpo, los protones son clave en la transferencia de energía biológica, abren y cierran canales en la membrana celular para el transporte de sustancias dentro y fuera de la célula. Los seres vivos utilizan los iones para flexionar sus músculos y transmitir señales cerebrales. Una máquina compatible con este sistema podría, a largo plazo, controlar tales procesos.

Un primer paso hacia este tipo de control es un transistor que puede enviar pulsos de corriente de protones. El prototipo es un transistor de efecto de campo, un tipo básico de transistor que incluye una puerta, un drenador y una fuente. El prototipo de la Universidad de Washington es el primer dispositivo de este tipo que utiliza protones, y mide aproximadamente 5 micras de ancho.

"En nuestro dispositivo, grandes moléculas bioinspiradas pueden mover protones, y una corriente de protones puede ser activada y desactivada, de manera que es completamente análoga a una corriente electrónica de cualquier otro transistor de efecto de campo", explica Rolandi.

El dispositivo utiliza una forma modificada del compuesto quitosano, originalmente extraído de la pluma de calamar. El material es compatible con los seres vivos, de fácil fabricación, y pueden ser reciclado a partir de conchas de cangrejo y plumas de calamar descartadas por la industria alimentaria.

Dos de los autores de la investigación, el doctor Chao Zhong, y el estudiante graduado Yingxin Deng, ambos de la Universidad de Washington, descubrieron que el quitosano funciona muy bien moviendo protones. El quitosano absorbe agua y forma enlaces de hidrógeno, de esta manera los protones son capaces de saltar de un puente de hidrógeno al siguiente.

Los modelos informáticos para el transporte de corriente, desarrollados por los coautores M.P. Anantram, profesor en la Universidad de Washington de Ingeniería Eléctrica, y Anita Fadavi Roudsari de la canadiense Universidad de Waterloo, permitieron el éxito de los resultados experimentales.

Según Rolandi, las aplicaciones en la próxima década permitirán dirigir la detección de células en un laboratorio. El prototipo actual tiene una base de silicio, y no podría ser utilizado en un cuerpo humano. A largo plazo, sin embargo, una versión biocompatible podrá ser implantada directamente en los seres vivos para controlar directamente algunos procesos biológicos.