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Transistores de nanotubos, nexo hombre-máquina

Un nuevo tipo de transistor controlado por la sustancia química que proporciona la energía para elmetabolismo  de

nuestras células pueda ser un gran paso hacia el diseño de prótesis que puedan ser conectados directamente al sistema nervioso.

Los transistores son los bloques fundamentales de construcción de aparatos electrónicos, por lo que encontrar formas de controlarlos con las señales biológicas podría proporcionar una vía hacia la integración de la electrónica con el cuerpo.

AlAleksandr Noy en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California (EE.UU.) y sus colegas optaron por controlar un transistor con adenosina trifosfato (ATP) – el combustible molecular que se encuentra en casi todas las células vivas.

El nuevo transistor se compone de un nanotubo de carbono, que se comporta como un semiconductor, reduciendo la brecha (gap) entre dos electrodos de metal y recubierto con una capa de polímero aislante que sale de la sección central del nanotubo, dejándola expuesta. El dispositivo después se cubre de nuevo, esta vez con una bicapa lipídica similar a las que forman las membranas que rodean las células de nuestro cuerpo.

Bombeo de iones

El equipo aplicó entonces  un voltaje a través de los electrodos del transistor y se llenó el dispositivo con una solución que contiene ATP y los iones sodio y potasio.. Esto provocó que una corriente fluya a través de los electrodos – y cuanto mayor era la concentración de ATP, fluía corriente más intensa.

El dispositivo responde de esta manera porque la bicapa lipídica incorpora una proteína que, cuando se expone a ATP, actúa como una bomba de iones, transportando iones de sodio y potasio a través de la membrana.

«La proteína de bomba de iones es un elemento absolutamente fundamental de este dispositivo», dice Noy.» «Cada ciclo, se hidroliza una molécula de ATP y se mueven tres iones de sodio en un sentido y dos iones de potasio en el opuesto.Esto da lugar a una red de bombeo de una carga a través de la membrana hacia el nanotubo.

La acumulación de iones crea un campo eléctrico alrededor de la porción expuesta de los nanotubos semiconductores, aumentando su conductividad en proporción a la intensidad del campo. Cuando el suministro de ATP se reduce, los iones se fugan al otro lado de la membrana y el flujo de corriente a través del transistor cae.

Interfaces Bioelectrónicas

Noy afirma que este es el primer ejemplo de un sistema bioelectrónico  realmente integrado. «Espero que este tipo de tecnología pueda usarse para construir interfaces bioelectrónicas para permitir una mejor comunicación entre organismos vivos y  máquinas.»

Itamar Willner en la Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel piensa que la tecnología es muy prometedora. «La belleza del sistema se refleja en el hecho de que la energía mecánica en la nanoescala [del movimiento de los iones] se transforma en electricidad.» He suggests it could be used to develop sensors to monitor intracellular metabolism. Sugiere que podría ser utilizado para desarrollar sensores para monitorizar el metabolismo intracelular.

Publicado en: Nano Letters, DOI: 10.1021/nl100499x

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