BioelectrA?nica, el futuro

La bioelectrA?nica -tal como se le denomina al campo de investigaciA?n que apunta a combinar componentes electrA?nicos y biolA?gicos, de manera tal de desarrollar dispositivos miniaturizados capaces de alterar y controlar seA�ales elA�ctricas en el cuerpo humano mediante su implante-, una nueva frontera de la electrA?nica, ha atraA�do el interA�s de empresas tales como Google y la farmacA�utica GlaxoSmithKline (GSK). Ambas multinacionales anunciaron recientemente la concreciA?n de una joint venture para explotar el A?rea.

Uno de los desafA�os para viabilizar el desarrollo de estos dispositivos bioelectrA?nicos consiste en identificar y hacer posible el uso de materiales que, ademA?s de tener conductividad electrA?nica (a base de electrones), tambiA�n posean conductividad iA?nica (a base de iones), en la cual se fundamenta la comunicaciA?n y el proceso de comunicaciA?n entre los neurotransmisores, por ejemplo. Y que, asimismo, sean biocompatibles con el cuerpo humano.

Este mismo reto moviliza tambiA�n a investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de la localidad de Bauru (SA?o Paulo, Brasil). Los cientA�ficos de dicha facultad lograron desarrollar una nueva ruta destinada a la rA?pida sA�ntesis y viabilidad de uso de la melanina, un compuesto polimA�rico que dota de pigmentaciA?n a la piel, los ojos y el cabello de los mamA�feros, y que es apuntado como uno de los materiales mA?s prometedores para su utilizaciA?n en dispositivos miniaturizados e implantados, tales como biosensores.

«Todos los materiales que se han probado en la actualidad destinados a aplicaciones en bioelectrA?nica son completamente sintA�ticos», declarA? Carlos Frederico de Oliveira Graeff, docente de la Unesp de Bauru y coordinador del proyecto.

«Una de las grandes ventajas de la melanina consiste en que, al ser un compuesto totalmente natural y biocompatible con el cuerpo humano, tiene potencial para su utilizaciA?n en dispositivos, con la funciA?n de efectuar la interfaz entre las neuronas cerebrales y la electrA?nica, por ejemplo», afirmA?.

De acuerdo con el investigador, uno de los desafA�os a la hora de utilizar la melanina como material para el desarrollo de dispositivos bioelectrA?nicos reside en que este compuesto -al igual que otros materiales a base de carbono, como el grafeno- tiene baja dispersiA?n en un medio acuoso, lo que dificultaba hasta algA?n tiempo su utilizaciA?n en la producciA?n de pelA�culas delgadas. Asimismo, el proceso convencional de sA�ntesis de la melanina es complejo. Comprende etapas cuyo control resulta difA�cil, puede extenderse durante hasta 56 dA�as y puede resultar en estructuras desordenadas.

Mediante una serie de estudios realizados en los A?ltimos aA�os en el A?mbito del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) -uno de los Centros de InvestigaciA?n, InnovaciA?n y DifusiA?n (CEPIDs) apoyados por la FAPESP, del cual De Oliveira Graeff es uno de los investigadores principales-, A�l y sus colaboradores obtuvieron melanina biosintA�tica con buena dispersiA?n en agua y muy similar a la natural a travA�s de una nueva ruta de sA�ntesis.

El proceso que los investigadores desarrollaron tarda tan sA?lo algunas horas y se basa en cambios de parA?metros tales como la temperatura y en la aplicaciA?n de presiA?n de oxA�geno para generar la oxidaciA?n del material.

Al aplicar presiA?n de oxA�geno, los cientA�ficos lograron incrementar en el material la densidad del grupo carboxA�lico -compuesto por dos A?tomos de oxA�geno unidos a un de carbono: uno a travA�s de una doble uniA?n y otro a travA�s de una uniA?n simple-, lo cual aumenta la solubilidad y la facilidad para obtener suspensiones de melanina biosintA�tica en agua, entre otras funciones. «Esto facilita bastante la obtenciA?n de pelA�culas delgadas de melanina con alta homogeneidad y buena calidad», explicA? De Oliveira Graeff.

Mediante el aumento de la densidad del grupo carboxA�lico, los investigadores tambiA�n obtuvieron una melanina biosintA�tica mA?s similar a la biolA?gica. En el proceso de sA�ntesis natural de la melanina, que ocurre en los organismos vivos, existe una enzima que facilita la producciA?n de A?cidos carboxA�licos. En la nueva ruta de sA�ntesis de la melanina que desarrollaron, los investigadores lograron mimetizar quA�micamente el rol de esa enzima y aumentar la densidad de grupos carboxA�licos, explicA? De Oliveira Graeff. «Hemos logrado obtener un material mA?s cercano al biolA?gico y elaborar pelA�culas de muy buena calidad para su utilizaciA?n en dispositivos bioelectrA?nicos mediante sA�ntesis quA�mica», afirmA?.

A travA�s de colaboraciones con pares de instituciones de investigaciA?n de CanadA?, los cientA�ficos brasileA�os empezaron a utilizar el material en una serie de aplicaciones, tales como contactos elA�ctricos, sensores de pH y cA�lulas fotovoltaicas. MA?s recientemente, dieron comienzo al desarrollo de transistores, los componentes electrA?nicos empleados como amplificadores o interruptores de seA�ales elA�ctricas, entre otras distintas funciones. «Nuestro objetivo mayor consiste en obtener transistores precisamente para promover la uniA?n de la electrA?nica con los sistemas biolA?gicos», dijo De Olvieira Graeff.