Transistores biodegradables

Un tipo de componentes electrónicos capaces de descomponerse en el cuerpo podrían ser utilizados en implantes médicos temporales y para el suministro de fármacos.
Chip biodegradable: Después de 50 días bajo condiciones similares a las del interior del cuerpo, esta serie de transistores está prácticamente disuelta. Fuente: Christopher Bettinger.

Un tipo de transistores totalmente biodegradables, fabricados recientemente por investigadores de la Universidad de Stanford, podrían utilizarse para controlar los implantes médicos temporales que se colocan en el cuerpo durante las cirugías.

Los componenentes electrónicos biodegradables "abren nuevas oportunidades para los implantes en el cuerpo," especialmente si los componentes electrónicos logran fabricarse a bajo coste, afirma Robert Langer, profesor en MIT y que no estuvo involucrado con la investigación. Los implantes podrían incorporar los componentes electrónicos orgánicos con polímeros biodegradables para el suministro de fármacos. Los doctores podrían implantar este tipo de dispositivos durante las operaciones de cirugía, después los activarían desde fuera del cuerpo con radio frecuencias para suministrar antibióticos si fuese necesario durante la recuperación. Los componentes electrónicos también podrían usarse para hacer un seguimiento del proceso de curación dentro del cuerpo. Después de que la curación hubiese finalizado, el dispositivo completo se disolvería en el cuerpo.

A principios de este mes unos investigadores de la Universidad Tufts y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign informaron acerca de la construcción de componentes electrónicos de silicio sobre sustratos de seda biodegradables. Los componentes de silicio generalmente poseen un rendimiento mucho mejor que aquellos hechos de semiconductores orgánicos, aunque el silicio no es biodegradable. El grupo de Stanford, dirigido por la profesora de ingeniería química Zhenan Bao, es el primero en fabricar componentes electrónicos a partir de materiales semiconductores totalmente biodegradables. Aunque los dispositivos son estables en agua, todo lo que queda de los dispositivos después de 70 días son los contactos eléctricos de metal de apenas decenas de nanómetros de grosor.

Hasta ahora el grupo ha podido probar que es capaz de construir componentes electrónicos orgánicos que funcionan al humedecerse y que se descomponen bajo condiciones similares a las del cuerpo humano. La degradación de estos dispositivos viene provocada por una serie de condiciones similares a las que se dan en el cuerpo: una solución salina con un pH ligeramente básico descompone lentamente los transistores. Para que puedan ser estables y retener su rendimiento mientras están en uso, estos dispositivos tendrán que ser encapsulados en otra capa cuya composición se ajuste para lograr exponer el dispositivo una vez que haya sobrepasado su vida útil. El dispositivo prototipo, descrito por internet en la revista Advanced Materials, está hecho de plásticos biodegradables aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos, un material semiconductor biodegradable parecido al pigmento de piel conocido como melanina, y unos contactos eléctricos de oro y plata. Estos metales también están aprobados para su uso dentro del cuerpo.

Un chip que desaparece: Una serie de transistores hechos de materiales biodegradables se disuelve a lo largo del tiempo. La imagen de arriba a la izquierda muestra el chip antes de ser colocado en la solución; las tiras grises son contactos eléctricos. Las fotos siguientes fueron tomadas 10, 30, 40, 50 y 70 días más tarde. La línea roja en la imagen de abajo a la derecha es una barra de escala que representa cinco milímetros. Fuente: Christopher Bettinger

Aunque los dispositivos de silicio puede que sean mejores para su uso en implantes a largo plazo tales como las interfaces cerebrales, donde el alto rendimiento es algo crucial, los dispositivos totalmente biodegradables podrían servir mejor en aplicaciones donde sea importante que el dispositivo desaparezca a lo largo del tiempo, tales como la ingeniería de tejidos o el suministro de medicamentos, afirma Bao.

El siguiente paso para los investigadores de Stanford es reducir el voltaje de operación de los dispositivos. Ahora mismo el suficientemente alto como para dividir el agua, lo cual es demasiado alto como para ser seguro dentro del cuerpo. La fuente del problema reside en la capa de aislamiento, o dieléctrica. En los dispositivos de demostración, el dieléctrico es una película de polivinilo de alcohol de 800 nanómetros de grosor, que los investigadores eligieron por su biodegradabilidad. Sin embargo las capas de polivinilo de alcohol son gruesas y enredadas, lo que significa que el voltaje tiene que ser relativamente alto para que los electrones viajen a través de ella. Los investigadores de Stanford están poniendo a prueba en la actualidad dieléctricos más delgados, entre los que se incluyen unas membranas lípidas de sólo decenas de átomos de grosor.

El grupo de Stanford también está poniendo a prueba distintos materiales para su uso como sustrato en los componentes electrónicos. Los componentes electrónicos orgánicos son flexibles, pero el dispositivo está construido sobre un plástico quebradizo. El grupo pondrá a prueba sustratos hechos de polímeros de goma y flexibles que se ajusten bien a los tejidos biológicos, como por ejemplo el del corazón. También están haciendo pruebas con distintas capas de cobertura para los dispositivos. Una vez expuestos a los niveles de pH similares a los del interior del cuerpo, los dispositivos actuales se empiezan a degradar inmediatamente. Bao querría recubrirlos con unos materiales ajustados para su disolución después de un periodo de tiempo determinado.

Jean Lucas Méndez T.

20122876

EES Secc 2