Tendencias21

Crean chips que se alimentan de energía igual que las células vivas

Científicos de la Universidad de Columbia (EE.UU.) han creado un chip que se alimenta de energía igual que las células vivas. Consiste en un circuito electrónico combinado con una ‘biocélula’ artificial que alimenta el circuito con trifosfato de adenosina, ATP. El logro abre la puerta a nuevos sistemas artificiales con componentes tanto electrónicos como biológicos, aunque aún hay que llevarlo a la escala molecular.

Crean chips que se alimentan de energía igual que las células vivas

Investigadores de Columbia Engineering, de la Universidad de Columbia (Nueva York, EE.UU.), han conseguido, por primera vez, aprovechar la maquinaria molecular de los sistemas vivos para alimentar un circuito integrado con trifosfato de adenosina (ATP), la divisa energética de la vida.

Lo han conseguido mediante la integración de un circuito integrado de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) con una membrana de bicapa lipídica artificial que contiene bombas de iones impulsadas ​​por ATP, abriendo la puerta a la creación de sistemas artificiales completamente nuevos que contienen componentes tanto biológicos como de electrónica de estado sólido.

El estudio, dirigido por Ken Shepard, profesor de Ingeniería Eléctrica y de Ingeniería Biomédica en Columbia Engineering, se ha publicado en línea en Nature Communications.

«Combinando un dispositivo electrónico biológico con CMOS, seremos capaces de crear nuevos sistemas que no son posibles con cualquiera de las dos tecnologías por separado», dice Shepard en la nota de prensa de Columbia. «Estamos entusiasmados ante la perspectiva de ampliar la gama de dispositivos activos que tendrán nuevas funciones, como recolectar energía de ATP, como hemos hecho aquí, o reconocer moléculas específicas, dando a los chips la capacidad del gusto y el olfato. Es un camino verdaderamente singular para nosotros».

Shepard señala que a pesar de su éxito abrumador, la electrónica CMOS de estado sólido es incapaz de replicar ciertas funciones naturales de los sistemas vivos, como los sentidos del gusto y el olfato y el uso de fuentes de energía bioquímica. Los sistemas vivos logran esta funcionalidad con su propia versión de electrónica basada ​en membranas lipídicas y canales y bombas iónicas, que actúan como una especie de «transistor biológico.»

Utilizan carga en forma de iones para llevar energía e información -los canales iones controlan el flujo de iones a través de membranas celulares. Los sistemas de estado sólido, como los de las computadoras y los dispositivos de comunicación, utilizan electrones; su señalización electrónica y su alimentación se controlan mediante transistores de efecto campo.

En los sistemas vivos, la energía se almacena en potenciales a través de membranas de lípidos, en este caso creadas a través de la acción de bombas de iones. El ATP se utiliza para transportar la energía desde donde se genera hasta donde se consume, en la célula.

Prototipo

Para construir un prototipo de su sistema híbrido, el equipo de Shepard, dirigido por el estudiante de doctorado Jared Roseman, empaquetó un circuito integrado CMOS con una «biocélula» recolectora de ATP. En presencia de ATP, el sistema bombea iones a través de la membrana, produciendo un potencial eléctrico recogido por el circuito.

«Hemos hecho una versión a macroescala de este sistema, de varios milímetros, para ver si funcionaba», señala Shepard. «Nuestros resultados proporcionan una nueva visión de un modelo de circuito generalizado, lo cual nos permite determinar las condiciones que maximizan la eficiencia de aprovechamiento de la energía química a través de la acción de estas bombas de iones. Ahora vamos a buscar la manera de disminuir la escala del sistema».

Aunque otros grupos han recolectado energía de los sistemas vivos, Shepard y su equipo están explorando cómo hacer esto a nivel molecular, aislando simplemente la función deseada e interconectándola con la electrónica. «No necesitamos toda la célula», explica. «Simplemente cogemos el componente de la célula que hace lo que nos interesa. Para este proyecto, aislamos las proteínas ATPasas porque eran las que nos permitían extraer energía del ATP».

La capacidad de construir un sistema que combine el poder de la electrónica de estado sólido con las capacidades de los componentes biológicos es muy prometedora. «Si usted necesita un perro detector de bombas, pero pudiera tomar sólo la parte del perro que le es útil -las moléculas que detectan las bombas-, no necesitaría todo el animal», dice Shepard.

«Con la escala adecuada, esta tecnología podría proporcionar una fuente de energía para sistemas implantados en entornos ricos en ATP, como el interior de las células vivas», añade Roseman.

Referencia bibliográfica:

Jared M. Roseman, Jianxun Lin, Siddharth Ramakrishnan, Jacob K. Rosenstein, Kenneth L. Shepard: Hybrid integrated biological–solid-state system powered with adenosine triphosphate. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/NCOMMS10070.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Partículas desconocidas de energía oscura serían la fuerza impulsora detrás de la expansión del Universo 20 marzo, 2024
    Una nueva investigación teórica sugiere que la misteriosa energía oscura estaría compuesta por "no partículas" y podría estar ligada a la expansión del cosmos, "separando" lentamente al Universo. Esto explicaría por qué los científicos no logran comprender aún en profundidad cómo el Universo se expande de forma cada vez más acelerada. También revelaría la causa […]
    Pablo Javier Piacente
  • Las mujeres científicas lideran las investigaciones sobre la sequía 20 marzo, 2024
    Las mujeres científicas están a la vanguardia de las investigaciones sobre la sequía para preservar la producción agrícola, gestionar el agua y mitigar los efectos del calentamiento global. Sobre el terreno, están también mejor preparadas para gestionar los desastres naturales.
    Alicia Domínguez y Eduardo Costas (*)
  • Los robots humanoides llegan a la industria automotriz 20 marzo, 2024
    Mercedes ha contratado robots humanoides para trabajar en sus fábricas: participan en las líneas de ensamblaje y automatizan tareas de baja complejidad y alta exigencia física.
    Redacción T21
  • Revelan cómo nace el miedo en el cerebro y una posible vía para paralizarlo 19 marzo, 2024
    Un nuevo estudio ha logrado descifrar una serie de modificaciones en la química cerebral que, al influir sobre circuitos neuronales específicos, provocan que el miedo se generalice y aparezca en situaciones en las que no debería hacerlo. Este sistema es el que genera la sensación de miedo exacerbada y permanente que experimentan las personas que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean el mapa 3D más extenso de los agujeros negros supermasivos activos del Universo 19 marzo, 2024
    En una verdadera proeza astronómica, los científicos han creado el mapa más extenso hasta el momento de los agujeros negros supermasivos activos y cuásares en el cosmos: el avance marca un salto significativo en nuestra comprensión de estos gigantes cósmicos y podría ayudar a entender mejor las propiedades de la materia oscura.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren cómo las primeras células de la Tierra aprovecharon el H2 como fuente de energía 19 marzo, 2024
    Un nuevo informe descubre cómo el gas hidrógeno, la energía del futuro, proporcionó energía en el pasado, en el origen de la vida hace 4 mil millones de años. Y confirmaría que la vida se originó en respiradores hidrotermales.
    HHU/T21
  • Algo extraño ocurre en el Cometa Diablo que nos visita durante el eclipse solar de abril 19 marzo, 2024
    Un cometa casi tan famoso como el Halley está brillando en el cielo nocturno de la Tierra y podría ser visible durante el eclipse solar total del 8 de abril que tendrá lugar sobre Norteamérica, pero algo extraño parece suceder en su núcleo.
    Redacción T21
  • Resuelto el misterio de una criatura marina con un caparazón repleto de ojos 18 marzo, 2024
    Los quitones o chitones son moluscos marinos dotados de pequeños ojos desperdigados por todo su caparazón, con lentes confeccionados con un mineral llamado aragonita. Estos primitivos órganos sensoriales son capaces de distinguir formas y luz: un nuevo estudio ha revelado por qué evolucionaron tan rápidamente y cuál es su papel en el desarrollo de los […]
    Pablo Javier Piacente
  • La mayor erupción volcánica de la era geológica actual ocurrió en Japón hace 7.300 años 18 marzo, 2024
    Un estudio detallado de los depósitos volcánicos submarinos alrededor de la caldera Kikai, en Japón, descubrió que un evento que tuvo lugar en esa región de Asia hace 7.300 años fue, con claridad, la mayor erupción volcánica registrada en el planeta durante el Holoceno, la época geológica actual iniciada hace aproximadamente 11.500 años.
    Pablo Javier Piacente
  • Las enfermedades neurológicas ya son el primer problema de salud mundial 18 marzo, 2024
    El 43% de la población mundial padece enfermedades neurológicas: afectan a 3.400 millones de personas y cuestan la pérdida de 443 millones de años de vida saludable. España supera en un 18% la media mundial de afectados por patologías que van desde dolores de cabeza tensionales hasta accidentes cerebrovasculares.
    Redacción T21