Un equipo del Silklab de la Universidad de Tufts ha creado componentes electrónicos, concretamente transistores, reemplazando el material aislante con seda biológica.
Como explica Mike Plata en las noticias de Tufts, una universidad privada estadounidense, "su teléfono puede tener más de 15 mil millones de pequeños transistores empaquetados en sus chips de microprocesador. Los transistores están hechos de silicio, metales como el oro y el cobre y aisladores que, en conjunto, toman una corriente eléctrica y la convierten en unos y ceros para comunicar información y almacenarla. Los materiales de los transistores son inorgánicos, derivados básicamente de roca y metal. Pero, ¿qué pasaría si se pudiera hacer que estos componentes electrónicos fundamentales fueran parte biológicos, capaces de responder directamente al medio ambiente y cambiar como tejido vivo?"
La respuesta a esta pregunta ya está sobre la mesa. La fibroína de seda, la proteína estructural de las fibras de seda, puede depositarse con precisión en las superficies y modificarse fácilmente con otras moléculas químicas y biológicas para cambiar sus propiedades. La seda funcionalizada de esta manera puede captar y detectar una amplia gama de componentes del cuerpo o del medio ambiente. El equipo de la universidad informó de sus avances en Advanced Materials.
Según recoge la página de la universidad, la primera demostración del equipo de un dispositivo prototipo utilizó transistores híbridos con fibroína de seda para crear un sensor de respiración ultrarrápido y altamente sensible, que detecta cambios en la humedad.
Modificaciones adicionales de la capa de seda en los transistores "podrían permitir que los dispositivos detecten algunas enfermedades cardiovasculares y pulmonares, así como la apnea del sueño, o detecten niveles de dióxido de carbono y otros gases y moléculas en el aliento que podrían proporcionar información de diagnóstico. Utilizados con plasma sanguíneo, podrían proporcionar información sobre los niveles de oxigenación y glucosa, anticuerpos circulantes y más".
Antes del desarrollo de los transistores híbridos, el Silklab, dirigido por Fiorenzo Omenetto, profesor de ingeniería Frank C. Doble, ya había utilizado fibroína para fabricar tintas bioactivas para tejidos que pueden detectar cambios en el medio ambiente o en el cuerpo, detectando tatuajes, que se pueden colocar debajo de la piel o sobre los dientes para controlar la salud y la dieta, y sensores que se pueden imprimir en cualquier superficie para detectar patógenos como el virus responsable del Covid-19.
Cómo funciona
"Un transistor —explica la referida web universitaria— es simplemente un interruptor eléctrico, con un cable eléctrico metálico que entra y otro que sale. Entre los cables se encuentra el material semiconductor, llamado así porque no es capaz de conducir electricidad a menos que se le convenza. Otra fuente de entrada eléctrica llamada puerta está separada de todo lo demás por un aislante. La puerta actúa como la "llave" para encender y apagar el transistor. Activa el estado encendido cuando un voltaje umbral crea un campo eléctrico a través del aislante, lo que provoca el movimiento de los electrones en el semiconductor e inicia el flujo de corriente a través de los cables".
Así, si en un transistor híbrido biológico se utiliza una capa de seda como aislante, cuando absorbe humedad, actúa como un gel que transporta los iones (moléculas cargadas eléctricamente) que contiene. La puerta activa el estado activado reorganizando los iones en el gel de seda. Al cambiar la composición iónica de la seda, el funcionamiento del transistor cambia, lo que permite que se active con cualquier valor de puerta entre cero y uno.
"Se podría imaginar la creación de circuitos que utilicen información que no está representada por los niveles binarios discretos utilizados en la computación digital, pero que puedan procesar información variable como en la computación analógica, con la variación causada por el cambio de lo que hay dentro del aislante de seda", dijo en un comunicado Fiorenzo Omenetto, profesor de Ingeniería que dirige el Silklab. "Esto abre la posibilidad de introducir la biología en la informática dentro de los microprocesadores modernos", afirmó.
Por supuesto, la computadora biológica más poderosa que se conoce es el cerebro, que procesa información con niveles variables de señales químicas y eléctricas.
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