'Metal vivo' podría unir sistemas biológicos y electrónicos

La electrónica ha evolucionado de sistemas rígidos y sin vida a plataformas adaptativas y vivas, capaces de interactuar sin problemas con entornos biológicos. Investigadores de la Universidad de Binghamton están liderando el desarrollo de compuestos de "metal vivo" que incorporan esporas bacterianas, lo que podría revolucionar la comunicación y la integración entre sistemas electrónicos y biológicos.

En un artículo publicado en la revista Advanced Functional Materials, el profesor Seokheun "Sean" Choi, junto a Maryam Rezaie, Ph.D., y la estudiante de doctorado Yang "Lexi" Gao, presentaron su estudio innovador sobre estos compuestos de metal líquido que podrían redefinir el futuro de la bioelectrónica.

El profesor Choi, miembro de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Thomas J. Watson, se dedica a desarrollar tecnologías innovadoras que cierren la brecha entre los sistemas electrónicos y los biológicos.

La mayoría de los proyectos bioelectrónicos anteriores de Choi utilizaron materiales poliméricos conductores, ya que los metales líquidos presentan desafíos para su integración. Sus propiedades hidrofóbicas dificultan la adhesión a sustratos electrónicos, y la exposición al aire o al agua provoca la formación de una capa de óxido que restringe el flujo de electrones y interrumpe la comunicación entre sistemas electrónicos y biológicos.

Sin embargo, Choi expresó su insatisfacción con los polímeros, señalando: "No estaba satisfecho con la interfaz; no era perfecta. Aunque los polímeros son conductores, no lo son tanto como el metal. Además, la mayoría de las bioelectrónicas se desplegarán en entornos muy hostiles, por lo que están sujetas a daños mecánicos. Deben tener propiedades de auto-reparación".

El investigador cree que las bacterias electrogénicas, que generan pequeñas cantidades de energía, son la clave. Al combinar metal líquido con esporas inactivas de la bacteria Bacillus subtilis, que Choi ha utilizado para desarrollar biobaterías, el material compuesto supera muchas de las limitaciones del metal líquido por sí solo.

Cuando se combinan las esporas con las gotas de metal líquido, se genera una gran fuerza atractiva, ya que las esporas tienen grupos funcionales químicos en su superficie que interactúan con las capas de óxido del metal líquido. Esta fuerza fuerte rompe las capas de óxido, permitiendo que el metal sea conductivo.

Las esporas pueden permanecer inactivas en condiciones adversas y germinar cuando el entorno es más favorable. El compuesto también se absorbe fácilmente en sustratos de dispositivos como papel, manteniendo las mejores propiedades del metal. Incluso exhibe una conductividad eléctrica mejorada cuando las esporas germinan.

Lo más importante es que el compuesto muestra las habilidades de auto-reparación que los investigadores desean ver. Cuando ocurre una ruptura en el material, el compuesto llena autónomamente la brecha, un avance importante cuando un circuito se daña y no puede ser reemplazado fácilmente.

Antes de cualquier aplicación comercial, se necesitan más experimentos para controlar mejor la activación de las esporas y evaluar la estabilidad a largo plazo de los compuestos de metal líquido vivo en una variedad de entornos.

En el futuro, tales materiales podrían permitir que dispositivos portátiles o implantables se interfieran de manera segura y directa con el tejido humano.

"Los sistemas biológicos utilizan moléculas e iones para el metabolismo o la señalización, mientras que la electrónica depende exclusivamente de los electrones, lo que puede generar errores de comunicación", afirmó Choi. "Las bacterias electrogénicas utilizan moléculas e iones, pero también generan electrones. La pregunta es cómo podemos integrar sin problemas estas bacterias electrogénicas en un electrodo vivo para unir estos dos sistemas".

Temas