Dispositivo electrónico controlado mediante una proteína

Los dispositivos optoelectrónicos capaces de almacenar y transmitir información respondiendo a diversas longitudes de onda de la luz son la base de los láseres, los diodos emisores de luz (LED) y algunos dispositivos de memoria. Resultan especialmente interesantes los sistemas híbridos que contienen biomoléculas, como por ejemplo proteínas, junto a componentes puramente electrónicos. Gracias a su bajo coste, seguridad medioambiental y buen rendimiento óptico, los sistemas híbridos pueden utilizarse como componentes en la electrónica molecular, con aplicaciones en los LEDs, los láseres avanzados y los transistores ópticos.

Un equipo internacional que incluye, entre otros, a Rebecca Gwyther, de la Universidad de Cardiff en el Reino Unido, y Albert Nasibulin, jefe del Laboratorio de Nanomateriales en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo (Skoltech) de Rusia, ha conseguido desarrollar una fotocélula bioelectrónica plenamente operativa.

Para ello, ha usado una molécula de proteína verde fluorescente (GFP, por sus siglas en inglés) unida a un nanotubo de carbono.

Cuando se expone a la luz, el sistema puede cambiar sus propiedades electrónicas y funcionar como un emisor de luz o como una célula de memoria, dependiendo de cómo esté unida la molécula proteica al nanotubo.

Los nanotubos de carbono tienen muchos electrones libres que pueden migrar a la proteína verde fluorescente y regresar por un puente de azida de fenilo (fenilazida).

Microchip con un transistor optoelectrónico parcialmente biológico. (Foto: MIET Media Office)

Los investigadores probaron diferentes configuraciones de acoplamiento de la proteína verde fluorescente, colocando el "barril" en posición vertical o lateral, para ver la conducta resultante de la fotocélula.

Descubrieron que si la proteína se colocaba de lado, con su lado repelente al agua pegado al tubo, todo el sistema se comportaba como un emisor de luz, controlando la conductividad del tubo. Esto último ocurre porque al encender y apagar la luz de excitación se produce un intenso intercambio de electrones entre el nanotubo y la proteína.

Sin embargo, si la parte de la proteína que se unía al nanotubo era la inferior, que retiene el agua, la carga quedaba atrapada entre el nanotubo y la proteína, lo que permitía al dispositivo almacenar información durante decenas de minutos.

Los hallazgos del equipo abren la puerta a nuevos componentes electrónicos, dispositivos de memoria y células solares que sean respetuosos con el medio ambiente y tengan un coste asequible.

Gwyther, Nasibulin y sus colegas exponen sus últimos avances en esta línea de investigación y desarrollo en la revista académica Advanced Functional Materials, bajo el título “Differential Bio-Optoelectronic Gating of Semiconducting Carbon Nanotubes by Varying the Covalent Attachment Residue of a Green Fluorescent Protein”. (Fuente: NCYT de Amazings)