Los cyborgs del futuro puede que estén hechos de melanina

¿Los cyborgs estarán hechos de melanina? El avance del pigmento permite la electrónica biocompatible.

Científicos han logrado un aumento de mil millones de veces en la conductividad eléctrica de la melanina, que podría desatar su potencial en bioelectrónica segura y sostenible.

El pigmento de melanina de color marrón oscuro, eumelanina, colorea el cabello y los ojos, y protege nuestra piel del daño solar.

También se ha sabido desde hace mucho que conduce electricidad, pero hasta ahora es demasiado poco para cualquier aplicación útil.

En un estudio histórico publicado en Frontiers in Chemistry, investigadores italianos modificaron sutilmente la estructura de la eumelanina calentándola al vacío.

“Nuestro proceso produjo un aumento de mil millones de veces en la conductividad eléctrica de la eumelanina”, dicen los autores principales del estudio, el Dr. Alessandro Pezzella de la Universidad de Nápoles Federico II y el Dr. Paolo Tassini de la Agencia Nacional Italiana para Nuevas Tecnologías, Energía y Desarrollo Económico Sostenible.

“Esto hace posible el diseño anticipado de electrónica basada en melanina, que se puede utilizar para dispositivos implantados debido a la biocompatibilidad del pigmento”.

Una joven Pezzella ni siquiera había comenzado la escuela cuando científicos descubrieron por primera vez que un tipo de melanina puede conducir electricidad.

La emoción creció rápidamente alrededor del descubrimiento debido a que la eumelanina, el pigmento marrón oscuro que se encuentra en el cabello, la piel y los ojos, es totalmente biocompatible.

“Las melaninas aparecen naturalmente en prácticamente todas las formas de vida.

No son tóxicas y no provocan una reacción inmunitaria”, explica Pezzella.

“En el medio ambiente, también son completamente biodegradables”.

Décadas más tarde, y a pesar de una extensa investigación sobre la estructura de la melanina, nadie ha logrado aprovechar su potencial en electrónica implantable.

“Hasta la fecha, la conductividad de la eumelanina sintética y natural ha sido demasiado baja para aplicaciones valiosas”, agrega.

Algunos investigadores intentaron aumentar la conductividad de la eumelanina combinándola con metales, o recalentándola en un material similar al grafeno, pero lo que quedó no fue realmente el material conductor biocompatible prometido.

El grupo napolitano consideró la estructura de la eumelanina.

“Todos los análisis químicos y físicos de la eumelanina pintan la misma imagen, de hojas moleculares de intercambio de electrones, apiladas juntas.

La respuesta parece obvia: ordene las pilas y alinee las hojas, para que todos puedan compartir electrones, entonces la electricidad fluirá.”

El tratamiento térmico alisa el pigmento del cabello.

Este proceso, llamado recocido, ya se usa para aumentar la conductividad eléctrica y otras propiedades en materiales como los metales.

Por primera vez, los investigadores pusieron películas de eumelanina sintética a través de un proceso de recocido a alto vacío para eliminarlas, un poco como el alisado del cabello, pero solo con el pigmento.

“Calentamos estas películas de eumelanina (no más gruesas que una bacteria) en condiciones de vacío, de 30 minutos a 6 horas”, describe Tassini.

“Llamamos al material resultante eumelanina recocida al alto vacío, HVAE”.

El recocido funcionó de maravilla para la eumelanina: las películas se adelgazaron más de la mitad y se broncearon bastante.

“Las películas HVAE ahora eran marrón oscuro y casi tan gruesas como un virus”, informa Tassini.

“Todos nuestros diversos análisis coinciden en que estos cambios reflejan la reorganización de las moléculas de eumelanina de una orientación aleatoria a una pila uniforme de electrones compartidos.

Las temperaturas de recocido eran demasiado bajas para romper la eumelanina, y no detectamos combustión al carbono elemental”.

Un aumento de mil millones en la conductividad

Una vez logrados los cambios estructurales previstos para la eumelanina, los investigadores demostraron su hipótesis de manera espectacular.

“La conductividad de las películas aumentó mil millones a un valor sin precedentes de más de 300 S/cm, después del recocido a 600 ° C durante 2 horas”, confirma Pezzella.

Aunque muy por debajo de la mayoría de los conductores de metal, el cobre tiene una conductividad de alrededor de 6×107 S/cm, este hallazgo hace que la eumelanina alcance un rango útil para la bioelectrónica.

Además, la conductividad de HVAE se pudo ajustar de acuerdo con las condiciones de recocido.

“La conductividad de las películas se incrementó con el aumento de la temperatura, de 1000 veces a 200 ° C.

Esto abre la posibilidad de adaptar la eumelanina para una amplia gama de aplicaciones en electrónica orgánica y bioelectrónica.

También apoya firmemente la conclusión de que el análisis estructural reorganizó las películas, en lugar de quemarlas”.

Hay un amortiguador potencial: la inmersión de las películas en agua produce una marcada disminución de la conductividad.

“Esto contrasta con la eumelanina no tratada que, aunque en un rango mucho más bajo, se vuelve más conductiva con la hidratación (humedad) porque conduce la electricidad a través de iones y electrones.

Se necesita más investigación para comprender completamente las contribuciones iónicas y electrónicas en la conductividad de la eumelanina, lo que podría ser clave para el uso de la eumelanina en la electrónica implantable “. concluye Pezzella.

Fuente: EurekAlert