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Lunes, 10 octubre 2016
Química

Conversión de calor en electricidad mediante microtubos biocompatibles autoensamblables

Muchos péptidos y proteínas tienen una capacidad innata a la hora de ensamblarse en forma de fibras largas y delgadas llamadas fibrillas y en otras configuraciones. Ahora, unos investigadores han encontrado una forma de aprovechar esta propiedad para crear estructuras tubulares de difenilalanina que poseen la capacidad de convertir energía térmica en energía eléctrica (efecto piroeléctrico). Sus resultados indican que estos polímeros, que son biocompatibles, podrían tener una amplia gama de aplicaciones biológicas, como andamios intracorporales para el suministro localizado de fármacos o como sensores implantables en miniatura.

 

El equipo de investigadores, de la Universidad Técnica de Estambul en Turquía, la Universidad de Aveiro en Portugal, y la Universidad Federal de los Urales en Rusia, utilizó la difenilalanina, un material que han estudiado previamente por sus propiedades físicas y electromecánicas únicas. Cuando se desecan gotas de una solución de difenilalanina, los monómeros peptídicos forman tubos huecos alargados.

 

La difenilalanina es uno de los primeros materiales orgánicos con capacidad de autoensamblaje que pueden ser usados para fabricar tubos, bastones, cintas y esferas microscópicas, entre otras cosas, tal como destaca Andrei Kholkin, del equipo de investigación. En presencia de agua, sus grupos químicos se autoorganizan para formar enlaces no covalentes y producen estructuras sorprendentemente rígidas, parecidas a citoesqueletos.

 

El equipo de investigación desecó una solución peptídica estándar durante un día a temperatura ambiente para permitir que la difenilalanina activase un proceso de autoensamblaje capaz de dar lugar a estructuras de microtubos, con tubos individuales de hasta 1 milímetro de largo y de 1 a 3 micrómetros de diámetro.

 

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Imagen óptica del manojo de microtubos situado entre dos electrodos. (Foto: Andrei Kholkin et al., Applied Physics Letters)

 

Para aumentar la corriente producida por las estructuras, el grupo creó manojos de varios microtubos y los colocó entre agujas actuando de electrodos a fin de medir las propiedades más relevantes de las estructuras, logrando así hacer la primera observación de un efecto piroeléctrico notable en microtubos peptídicos similar a lo que se ve en materiales semiconductores como el óxido de zinc o el nitruro de aluminio. En principio, estos nanotubos de péptidos pueden ser utilizados de la misma manera que estos materiales para varias aplicaciones.

 

En estudios previos, el grupo demostró que estos nanotubos tienen efectos piezoeléctricos, es decir, que convierten fuerzas mecánicas en señales eléctricas, y que podrían ser empleados como sensores para marcapasos u otros dispositivos electrónicos pequeños.

 

Las propiedades piroeléctricas recién descubiertas ampliarán los usos potenciales para los microtubos de difenilalanina. Por ejemplo, las estructuras se podrían utilizar para crear recolectores de energía térmica a pequeña escala, que podrían así aprovechar la energía perdida en forma de calor residual en dispositivos electrónicos. Además, sus propiedades piroeléctricas podrían emplearse para preparar termómetros a escala micrométrica y nanométrica que detecten la variación de temperatura de una célula.

 

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