Encontrar formas de conectar el cuerpo humano a la tecnología podría tener amplias aplicaciones en el ámbito de la salud y el entretenimiento. Un nuevo “plástico eléctrico” podría hacer realidad dispositivos portátiles autónomos, interfaces neuronales en tiempo real e implantes médicos que se fusionen con nuestros cuerpos.
por Edd Gent
Si bien en los últimos años se han producido avances significativos en el desarrollo de tecnología portátil e implantable , la mayoría de los materiales electrónicos son duros, rígidos y contienen metales tóxicos. Han surgido diversos enfoques para crear “electrónica blanda”, pero encontrar una que sea duradera, de bajo consumo energético y fácil de fabricar es un desafío importante.
Los materiales ferroeléctricos orgánicos son prometedores porque presentan polarización espontánea, lo que significa que tienen un campo eléctrico estable que apunta en una dirección particular. Esta polarización se puede invertir mediante la aplicación de un campo eléctrico externo, lo que les permite funcionar como un bit en una computadora convencional.
El material ferroeléctrico blando más exitoso es un material llamado fluoruro de polivinilideno (PVDF), que se ha utilizado en productos comerciales como sensores portátiles, sistemas de imágenes médicas, dispositivos de navegación submarina y robots blandos. Pero las propiedades eléctricas del PVDF pueden verse afectadas cuando se expone a temperaturas más altas y requiere voltajes altos para invertir su polarización.
Ahora, en un artículo publicado en Nature , investigadores de la Universidad Northwestern han demostrado que la combinación del material con cadenas cortas de aminoácidos, conocidas como péptidos, puede reducir drásticamente los requisitos de energía y aumentar la tolerancia al calor. Y la incorporación de biomoléculas al material abre la posibilidad de interconectar directamente los dispositivos electrónicos con el cuerpo.
Para crear su nuevo “plástico eléctrico”, el equipo utilizó un tipo de molécula conocida como péptido anfifílico. Estas moléculas tienen un componente que repele el agua y que les ayuda a autoensamblarse en estructuras complejas. Los investigadores conectaron estos péptidos a hebras cortas de PVDF y las expusieron al agua, lo que provocó que los péptidos se agruparan.
Esto hizo que las hebras se fusionaran en cintas largas y flexibles. En las pruebas, el equipo descubrió que el material podía soportar temperaturas de 110 grados Celsius, lo que es aproximadamente 40 grados más alto que los materiales de PVDF anteriores. Cambiar la polarización del material también requirió voltajes significativamente más bajos, a pesar de estar compuesto por un 49 por ciento de péptidos en peso.
Los investigadores explicaron a Science que, además de poder almacenar energía o información en la polarización del material, también es biocompatible. Esto significa que podría usarse en todo, desde dispositivos portátiles que controlan los signos vitales hasta implantes flexibles que pueden reemplazar a los marcapasos. Los péptidos también podrían conectarse a proteínas dentro de las células para registrar la actividad biológica o incluso estimularla.
Uno de los problemas es que, aunque el PVDF es biocompatible, puede descomponerse en los denominados “químicos permanentes”, que permanecen en el medio ambiente durante siglos y que, según los estudios, se relacionan con problemas de salud y ambientales. Varios otros productos químicos que los investigadores utilizaron para fabricar su material también entran en esta categoría.
“Este avance ha permitido obtener una serie de propiedades atractivas en comparación con otros polímeros orgánicos”, dijo a Science Frank Leibfarth, de la UNC Chapel Hill . Pero señaló que los investigadores solo habían probado cantidades muy pequeñas de la molécula y no está claro lo fácil que será ampliarlas.
Sin embargo, si los investigadores pueden extender el enfoque a escalas mayores, podría generar una serie de nuevas y apasionantes posibilidades en la interfaz entre nuestros cuerpos y la tecnología.