Cálculos potencian a la melanina como nuevo material en bioelectrónica

Científicos de São Paulo, Brasil, y de Cataluña presentaron innovaciones provenientes de la nanotecnología durante FAPESP Week Barcelona

Por Diego Freire, desde Barcelona

Agência FAPESP – La combinación de cálculos de estructura electrónica –se emplean en el modelado del comportamiento de los electrones a nivel atómico– con técnicas experimentales ha expandido la comprensión sobre la melanina como un nuevo material en el área de la bioelectrónica.

La melanina, que aún no cuenta con aplicaciones comerciales, pero que tiene un gran potencial, es el polímero responsable del color del pelo y de los ojos, y se encuentra diseminada en la naturaleza, en un trayecto que se extiende de los hongos a los seres humanos. Posee capacidad de conducción eléctrica y iónica, por ese motivo despertó el interés de los científicos del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) que financia la FAPESP.

Carlos Frederico de Oliveira Graeff, de la Facultad de Ciencias de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), presentó los resultados de los estudios del CDMF en el área en el marco de la FAPESP Week Barcelona, organizada por la FAPESP en colaboración con la institución Centres de Recerca de Catalunya (Cerca), durante los días 28 y 29 de mayo, en la ciudad de Barcelona.

Debido a sus propiedades eléctricas, la melanina puede dar inicio al desarrollo de una serie de nuevos componentes electrónicos compatibles biológicamente, con aplicaciones especialmente en el área de la salud, en sensores médicos o en tratamientos de estimulación de tejidos vivos, por ejemplo.

“Se trata de un semiconductor orgánico natural, sumamente complejo desde el punto de vista estructural, ya que no es un material sintetizado por el hombre. La mayor dificultad experimental radica en hacer lo que la ciencia de materiales considera fundamental para el avance del conocimiento en el área: hallar la relación estructura-propiedad. Sin esa comprensión estructural no es posible establecer conexiones con las propiedades anheladas”, explicó.

Los investigadores combinaron entonces el cálculo de la estructura electrónica con la técnica experimental de resonancia de espín electrónico, utilizada en el estudio de radicales libres y de defectos de materiales, para caracterizar la estructura de la melanina y relacionarla con sus propiedades bioelectrónicas.

“Pretendemos demostrar cuáles son las estructuras responsables de las respuestas experimentales a nivel molecular, y constatar que existen algunos centros responsables de esas características”, dijo.

Graeff condujo también el proyecto intitulado Nuevos materiales y métodos para aplicaciones en (bio) medicina, realizado con el apoyo de la FAPESP en la modalidad Ayuda a la Investigación – Proyecto Temático, en cuyo marco se desarrollaron tres dispositivos: un sensor para óxido nítrico y dos dosímetros, uno a base de polímeros conductores y el otro a base de alanina, para su aplicación en técnicas especiales de radiocirugía, por ejemplo.

Telas de Oled

El científico también se refirió a trabajos con materiales que, a diferencia de la melanina, ya poseen aplicaciones comerciales, tales como los diodos emisores de luz orgánica (Oled, por sus siglas en inglés).

El Oled es la tecnología más avanzada para la fabricación de cualquier tipo de pantalla. Difiere del LCD, del plasma y del LED, ya que consume menos energía, es más delgado y más liviano y suministra mayores ángulos de visión, reproduciendo los colores más naturalmente. Algunos teléfonos móviles ya contienen este material en sus pantallas sensibles al tacto.

Los científicos estudiaron sus mecanismos de degradación.

“Cuando se compra un producto, aspiramos que el mismo tenga un largo tiempo de duración; pero, obviamente, con su uso, los aparatos sufren procesos de degradación que al final terminan perjudicando su desempeño. Nuestra investigación demostró que, en efecto, se produce un mecanismo de degradación de este tipo de molécula propuesto empíricamente.”, comentó.

Otra aplicación comercial que se presentó en la oportunidad surgió de Nanox, una spin-off que emergió de grupos de investigación integrantes del CEPID, que desarrolló un secador de pelo nanotecnológico que combate bacterias y hongos.

“Las aplicaciones de la nanotecnología se extienden a todas las áreas del conocimiento. Al compartirse los resultados y las observaciones en ese campo, se contribuye aún más en lo que hace a su comprensión y a sus aplicaciones”, dijo Graeff con relación a los debates de la FAPESP Week Barcelona.

Antenas

Entre las experiencias catalanas con nanotecnología compartidas en la oportunidad se encuentra el desarrollo de la Antenna-in-box, una plataforma destinada a la detección de la fluorescencia de una sola molécula, con una resolución y una sensibilidad sin precedentes.

Científicos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), integrante de la institución CERCA, y de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (Icrea), desarrollaron una tecnología que posee una mejora en cuatro órdenes de magnitud en sensibilidad si se la compara con los microscopios clásicos, con una gran eficiencia en ensayos bioquímicos en nanoescala.

“Uno de los principales objetivos de la biología molecular consiste en observar de qué manera trabajan las moléculas en condiciones fisiológicas. Serán necesarias nuevas herramientas de nanotecnología para llegar a volúmenes de detección ultra pequeños y para convertir moléculas individuales en fuentes de luz brillante. Las aplicaciones son innumerables: la fotónica se refiere a la luz, y la luz está en todas partes”, dijo Niek Van Hulst, del ICFO.

La institución ha realizado innovaciones en microscopía óptica, dispositivos plasmónicos, células solares, tecnología de filmes ultra delgados, fotónica de grafeno, sistemas de láseres avanzados y monitores y sensores compactos para su utilización en ambientes hostiles, entre otras.