El pigmento de melanina marrón oscuro, eumelanina, colores cabello y ojos, y protege nuestra piel del daño solar. También se sabe desde hace mucho tiempo que conduce electricidad, pero muy poco para cualquier aplicación útil, hasta ahora.

En un estudio histórico publicado en Fronteras de la química , Los 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 de Nuevas Tecnologías, Energía y Desarrollo Económico Sostenible. "Esto hace posible el diseño tan esperado de la electrónica basada en melanina, que se puede utilizar para dispositivos implantados debido a la biocompatibilidad del pigmento ".

La eumelanina es un conductor biocompatible

Una joven Pezzella ni siquiera había comenzado la escuela cuando los científicos descubrieron por primera vez que un tipo de melanina puede conducir la electricidad. La emoción aumentó rápidamente en torno al descubrimiento porque la eumelanina, el pigmento marrón oscuro que se encuentra en el cabello, piel y ojos:es totalmente biocompatible.

"Las melaninas se encuentran de forma natural 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 después y a pesar de una extensa investigación sobre la estructura de la melanina, nadie ha logrado aprovechar su potencial en la electrónica implantable.

"Hasta la fecha, La conductividad de la eumelanina sintética y natural ha sido demasiado baja para aplicaciones valiosas. " él añade.

Algunos investigadores intentaron aumentar la conductividad de la eumelanina combinándola con metales, o sobrecalentarlo hasta convertirlo en un material similar al grafeno, pero lo que les quedaba no era realmente el material conductor biocompatible prometido.

Decidido a encontrar el verdadero negocio, el grupo napolitano consideró la estructura de la eumelanina.

"Todos los análisis químicos y físicos de la eumelanina pintan la misma imagen:de láminas moleculares que comparten electrones, apilados desordenadamente juntos. La respuesta parecía obvia:ordena las pilas y alinea las hojas, para que todos puedan compartir electrones, entonces fluirá la electricidad ".

El tratamiento térmico endereza el pigmento del cabello

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

Por primera vez, los investigadores sometieron películas de eumelanina sintética a un proceso de recocido a alto vacío para arreglarlas, un poco como alisar el cabello, pero solo con el pigmento.

"Calentamos estas películas de eumelanina, no más gruesas que una bacteria, en condiciones de vacío, desde 30 min hasta 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 en más de la mitad, y recogió bastante bronceado.

"Las películas de HVAE ahora eran de color marrón oscuro y casi tan gruesas como un virus, "Informa Tassini.

Crucialmente, las películas no se habían reducido simplemente a cenizas.

"Todos nuestros diversos análisis coinciden en que estos cambios reflejan la reorganización de las moléculas de eumelanina desde una orientación aleatoria a una uniforme, pila de intercambio de electrones. Las temperaturas de recocido eran demasiado bajas para romper la eumelanina, y no detectamos combustión a carbono elemental ".

Un aumento de mil millones de veces en la conductividad

Habiendo logrado los cambios estructurales previstos a la eumelanina, los investigadores probaron su hipótesis de manera espectacular.

"La conductividad de las películas aumentó mil millones de veces hasta un valor sin precedentes de más de 300 S / cm, después de recocido a 600 ° C durante 2 horas, "Confirma Pezzella.

Aunque está muy por debajo de la mayoría de los conductores metálicos (el cobre tiene una conductividad de alrededor de 6 x 107 S / cm), este hallazgo lanza a la eumelanina a un rango útil para la bioelectrónica.

Y lo que es más, la conductividad de HVAE fue sintonizable de acuerdo con las condiciones de recocido.

"La conductividad de las películas aumentó con el aumento de temperatura, desde 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 del análisis estructural de que el recocido reorganizó las películas, en lugar de quemarlos ".

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

"Esto contrasta con la eumelanina no tratada que, aunque en un rango mucho más bajo, se vuelve más conductivo con la hidratación (humedad) porque conduce la electricidad a través de iones y electrones. Se necesitan más investigaciones para comprender completamente las contribuciones iónicas frente a las electrónicas en la conductividad de la eumelanina, lo que podría ser clave en cómo se utiliza la eumelanina prácticamente en la electrónica implantable ”, concluye Pezzella.