Por Hannah Hickey
Traducido por Alejandro Ramos de la Peña
Los dispositivos utilizados por los seres humanos, como los focos de luz incandescente o los iPods, requieren de electrones para su funcionamiento. El cuerpo del ser humano y todos los demás seres vivos, envían señales y realizan su trabajo usando iones o protones.
Científicos de materiales de la Universidad de Washington han construido un transistor innovador que utiliza protones, lo cual se constituye en una pieza fundamental para que los dispositivos puedan comunicarse directamente con los seres vivos.
Los dispositivos que se conectan e interactúan directamente con los sistemas de procesamiento de señales del cuerpo humano están siendo explorados, como es el desarrollo de prótesis. Estos se comunican usando típicamente electrones, que son partículas con carga negativa, a diferencia de los protones, que tienen carga positiva, o los iones, que son átomos con carga positiva o carga negativa.
«Así que siempre encontramos este problema, un reto, en la interfaz – ¿cómo una señal electrónica se traduce en una señal iónica, o viceversa», dijo Marco Rolandi, profesor asistente de la Universidad de Washington de ciencia de materiales e ingeniería. «Hemos encontrado un biomaterial que es muy bueno para conducir protones, y tiene la posibilidad de interactuar con los sistemas vivos.»
En el cuerpo, los protones activan switches en modo de «apagado» y «prendido» y son los actores clave en la transferencia de energía biológica. Los iones abren y cierran canales en la membrana celular para impulsar partículas dentro y fuera de la célula. Los animales incluyendo a los seres humanos utilizan los iones para flexionar sus músculos y transmitir señales del cerebro. Una máquina que fuera compatible con un sistema biológico podría, en el corto plazo, monitorear tales procesos. Algún día podría generar corriente de protones para controlar ciertas funciones directamente.
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, una salida y una terminal de origen para la corriente. El prototipo de la Universidad de Washington es el primer dispositivo de este tipo para el uso de protones. Mide aproximadamente 5 micras de ancho, aproximadamente una vigésima parte de la anchura de un cabello humano.
«En nuestro dispositivo grandes moléculas bioinspiradas pueden mover protones, y una corriente de protones puede ser encendida y apagada, de una manera que es completamente análoga a una corriente electrónica en cualquier transistor de efecto de campo «, dijo Rolandi.
En la imagen se puede apreciar el dispositivo de la Universidad de Washington (a). A la derecha hay una imagen ampliada de las fibras de quitosan. La escala de barra blanca es de 200 nanómetros (b).
El dispositivo utiliza una forma modificada del compuesto quitosan originalmente extraído de la pluma de calamar, una estructura residual de los calamares cuando estos tenían conchas. El material es compatible con los seres vivos, es de fácil fabricación, y puede ser reciclado a partir de conchas de cangrejo y de la pluma del calamar cuando son desechados por la industria alimenticia.
El primer autor Chao Zhong, un investigador postdoctoral de la Universidad de Washington, y el segundo autor Yingxin Deng, un estudiante graduado de la Universidad de Washington, descubrieron que esta forma de quitosan funciona extraordinariamente en la movilización de protones. El quitosan absorbe el agua y forma abundantes enlaces de hidrógeno, los protones son capaces de saltar de un puente de hidrógeno al siguiente.
«Así que ahora tenemos un paralelo protónico a los circuitos electrónicos que actualmente empezamos a entender», dijo Rolandi.
“Algunas aplicaciones en la próxima década”, dijo Rolandi, “sería probablemente para la detección directa de células en un laboratorio. El prototipo actual tiene una base de silicio, y no podría ser utilizado en el cuerpo humano. A largo plazo, sin embargo, una versión biocompatible podría ser implantada directamente en los seres vivos para monitorear, o incluso para controlar, algunos procesos biológicos directamente.”
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