Circuitos de seda, la nueva electrónica degradable

Lo que se considera electrónica apta para ser implantada lleva siendo desde hace un par de años, una de las tecnologías más importantes y en mayor auge.

Nos encontramos ante una nueva generación de implantes médicos que podría no sólo proporcionar un mayor conocimiento de lo que está ocurriendo en el cuerpo (un monitor de signos vitales, análisis continuo de sangre, toma de imágenes) si no también, una farmacia, que suministre antibióticos tras una infección quirúrgica  o estimule el crecimiento de los huesos.

El uso de dispositivos eléctricos modernos, como material apto para ser implantado dentro del organismo ha sido bastante restrictivo debido a su notable capacidad para permanecer inalterables casi indefinidamente y siendo reconocido por el sistema inmunitario como extraño y generando un respuesta de bioincompatibilidad, de modo que tras un tiempo, estos dispositivos debían ser extraídos, limitando su uso a situaciones críticas como la inminente necesidad de un marcapasos.

La solución a estas reacciones inmunológicas reside en la proteína de seda, la fibroína, la cual permite que puedan degradarse y ser reabsorbidos por el cuerpo sin peligro alguno. Esta es la conclusión a la que investigadores de la Universidad de Tufs y la Universidad de Illinois (EEUU).

 Estos microchips biodegradables han sido construidos con silicio poroso y electrodos de magnesio, cuyo soporte mecánico no es otro que una membrana de fibroína. Dependiendo de cómo se procese, se puede hacer que la seda se descomponga en el interior del cuerpo casi al instante o que persista durante años.

Fibroína de la seda. Fuente: Protein Data Bank
Fibroína de la seda. Fuente: Protein Data Bank

 El proceso consiste en obtener una solución purificada de fibroína y agua destilada a partir de hervir capullos de seda. Dicha solución se vertería sobre unos moldes, dando juego a gran variedad de dispositivos de hasta 10 nanómetros de ancho, y con ello a gran cantidad de aplicaciones, pudiendo combinarse con otras técnicas enzimáticas o inmunológicas.

La biodegradación de los chips se ha puesto de manifiesto en ratones, los cuales fueron sometidos a diferentes implantes biomédicos, y se observó cómo al cabo de tres semanas, apenas quedaban restos del implante: el bactericida inmovilizado había conseguido erradicar la infección post-quirúrgica y no había generado respuesta inmune. Estaban programados para desintegrarse al ser expuestos a una cierta cantidad de biofluídos, pH, calor o radiación, cuya velocidad viene determinada por las características de la película de seda.

Degradación del circuito

APLICACIONES

“Es un concepto nuevo, así que hay numerosas oportunidades, muchas de las cuales probablemente ni siquiera se han identificado todavía”.

Jonh Rogers, Universidad de Illinois

 Las aplicaciones de esta electrónica implantable son mayoritariamente en el campo de la biomedicina. Podrían actuar como biomarcadores si  se mezclan anticuerpos o enzimas en la solución de seda antes del moldeo, que podrían utilizarse para detectar bajas concentraciones de casi cualquier molécula biológica. Implantada bajo la piel, una matriz de diodos emisores de luz podría señalizar la concentración en la sangre de marcadores biológicos tales como la insulina, glucosa, marcadores tumorales u otras enfermedades.

Otro tipo de dispositivo consistiría electrodo metálico de malla diseñado para reemplazar los electrodos con forma de punta que se usan en la  superficie del cerebro para diagnosticar y tratar enfermedades tales como la epilepsia. Esto podría ayudar a medir la actividad neuronal con mayor precisión, si cuando se aplicara una solución salina, la seda envuelve la malla alrededor de la superficie del cerebro, maximizando el contacto y mejorando la señal. Posiblemente esto se ponga a prueba en seres humanos en un plazo de dos-tres años.

Por otro lado, una aplicación bastante viable residiría en la aceleración del crecimiento y curación de fracturas óseas, ya que se ha demostrado que la estimulación eléctrica lo favorece, y estos dispositivos son activos eléctricamente, pudiendo cumplir dicha función.

La fibra óptica de seda podría transmitir la luz desde de un conjunto de LEDs hasta un sensor de seda implantado, el cual cambiaría de color para indicar que el cáncer ha vuelto a surgir en el cuerpo. El dispositivo, además, podría liberar una dosis cuidadosamente calibrada de medicamentos, minimizando los efectos secundarios y actuando en el momento justo.

También pueden tener usos más allá de la medicina, como la monitorización ambiental. Esto se refiere, por ejemplo, a la creación de sensores electrónicos con capacidad de comunicación inalámbrica que aportaran información sobre un vertido de contaminantes y que desaparecieran tras la eliminación del tóxico químico.

A pesar de que todos los componentes para fabricar este tipo de dispositivos ya existen, parafraseando al Dr. Omenetto, otro de los investigadores principales, parece un hecho fascinante, al más puro estilo de ciencia ficción… Y sin embargo, de inminente desarrollo.

Referencia bibliográfica:

  • Suk-Won Hwang, Hu Tao, Dae-Hyeong Kim, Huanyu Cheng,Jun-Kyul Song,Elliott Rill, Mark A. Brenckle,Bruce Panilaitis,Sang Min Won, Yun-Soung Kim, Young Min Song, Ki Jun Yu, Abid Ameen, Rui Li, Yewang Su, Miaomiao Yang, David L. Kaplan, Mitchell R. Zakin, Marvin J. Slepian, Yonggang Huang, Fiorenzo G. Omenetto, John A. Rogers. A Physically Transient Form of Silicon Electronics. Science Vol 337, 28 de septiembre de 2012.

Notas de prensa:

 

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