Usando ADN de salmón, Los investigadores de Corea del Sur esperan fabricar mejores dispositivos biomédicos y otros dispositivos fotónicos basados ​​en películas delgadas orgánicas. Se utiliza a menudo en tratamientos contra el cáncer y control de la salud. Las películas delgadas tienen todas las capacidades de los dispositivos basados ​​en silicio con la posible ventaja adicional de ser más compatibles con los tejidos vivos.

Una película delgada es lo que parece, una capa de material de solo nanómetros o micrómetros de espesor que se puede utilizar para canalizar la luz. Si la película es dieléctrica, es decir, un aislante como el vidrio:se puede usar sin preocuparse de que pueda conducir electricidad.

"El ADN es el material orgánico más abundante, y es un dieléctrico transparente, comparable a la sílice, "dijo Kyunghwan" Ken "Oh, del Laboratorio de Física de Dispositivos Fotónicos de la Universidad de Yonsei, Seúl Corea del Sur. En el diario Materiales ópticos Express , de The Optical Society (OSA), Oh y sus colegas presentan su método para fabricar las películas delgadas de una manera que les da un control preciso sobre las propiedades ópticas y térmicas del material.

Como base del vidrio de sílice que forma las fibras ópticas, El silicio ha sido durante mucho tiempo un material dominante en los dispositivos fotónicos inorgánicos porque está disponible y es fácil trabajar con él desde la perspectiva de los materiales. Oh argumenta que el ADN puede desempeñar el mismo papel en los dispositivos fotónicos orgánicos porque se puede encontrar en todo el mundo viviente. Podria, por ejemplo, utilizarse para hacer guías de ondas similares a las fibras de sílice para transportar la luz dentro del cuerpo. Los dispositivos orgánicos también deben ser fáciles de fabricar, más flexible que el silicio y respetuoso con el medio ambiente.

'Una flecha más afilada'

Una propiedad clave de los materiales utilizados en los dispositivos fotónicos es el índice de refracción, que determina cómo se dirige la luz. Una fibra óptica requiere un núcleo con un índice, envuelto en un revestimiento con un índice lo suficientemente diferente para que cuando la luz golpee la interfaz entre el núcleo y el revestimiento, se fuerza de regreso al núcleo en lugar de filtrarse. Los fabricantes de fibra óptica no solo necesitan material con dos índices de refracción diferentes, necesitan controlar la magnitud de esa diferencia para obtener los efectos deseados.

Al ajustar un método para usar ADN para crear películas delgadas que podrían usarse en dispositivos fotónicos, El equipo de Oh pudo obtener un rango de índices de refracción cuatro veces mayor que el disponible en el silicio. Con una mayor diferencia de índice entre núcleo y revestimiento, pueden hacer fibras ópticas mucho más delgadas, tan bajo como 3 micrones de diámetro, en comparación con un mínimo de 10 en silicio. Esto permite un tamaño de punto más pequeño para la luz que sale de la fibra, lo que podría ser útil en aplicaciones que deben apuntar cuidadosamente a la luz. "Si tienes un objetivo pequeño, deberías tener una flecha más afilada, "dijo Oh.

Las aplicaciones potenciales podrían incluir terapia fotodinámica, donde a un paciente con cáncer se le administra un medicamento u otra sustancia que se une a las células de un tumor y la luz activa el medicamento y destruye las células cancerosas, dejando intacto el tejido sano. Las películas también pueden ser útiles en optogenética, en el que se utiliza la luz para controlar la actividad de células cerebrales específicas, o para hacer sensores para medir la presión o el contenido de oxígeno de la presión arterial que podrían usarse durante mucho tiempo sin causar irritación porque son orgánicos.

Lidiando con resultados inconsistentes

Para hacer una película delgada, que se puede utilizar como base para dispositivos fotónicos, los investigadores tienen que disolver el ADN en agua, y luego disolver esa mezcla en un solvente orgánico. El líquido se coloca sobre una superficie, que gira para que el material se distribuya uniformemente. Luego, el solvente se evapora para dejar la película. Debido a que el ADN no se disuelve fácilmente, los investigadores primero lo mezclan con una solución de agua y cetiltrimetilamonio (CTMA), un tensioactivo similar al jabón. La mezcla produce un precipitado, que luego se puede disolver en el solvente y recubrir por centrifugación.

Si bien los investigadores han utilizado este procedimiento durante varios años, sus resultados han sido inconsistentes. "Nos dimos cuenta de que, dependiendo de los papeles, el índice de refracción y las propiedades del material variaron en una amplia gama, así que teníamos mucha curiosidad al respecto, "dijo Oh." Y descubrimos que el proceso de fabricación era un poco diferente de un grupo de investigación a otro ".

Controlando el proceso

Tres estudiantes de posgrado en el laboratorio de Oh:Woohyun Jung, Hwiseok Jun y Seongjin Hong:encontraron que al controlar la cantidad de agua y CTMA en su mezcla, podrían ajustar el índice de refracción de la película delgada. Las pruebas revelaron diferentes mezclas, dependiendo de si agregaron gotas de agua y ADN a la solución de CTMA, o agua y CTMA en el baño de ADN. Oh describe la hebra de ADN como una cuerda, con sitios a lo largo de él a los que puede unirse la CTMA. "Si dejas caer esta cuerda en un baño de CTMA, hay toneladas de CTMA disponibles, para que puedas empapar la cuerda con la CTMA, "dijo Oh. Por otro lado, si coloca CTMA en un lote grande de ADN, es posible que la "cuerda" no se moje completamente; es decir, hay áreas de ADN sin CTMA adherida.

Cuanta más agua contenía la mezcla, cuanto menos CTMA había, y viceversa. Controlando cuidadosamente la cantidad de ambos, el equipo pudo lograr el índice de refracción deseado. El mismo enfoque proporcionó control sobre las propiedades térmicas de la película, permitiendo a los investigadores controlar cuánto cambió el índice de refracción cuando la película se calentó o enfrió. Eso podría permitir que la película se use como sensor de temperatura, ya que los cambios en la luz que la atraviesa estarán relacionados con los cambios de temperatura.

El laboratorio de Oh también está explorando otros métodos para controlar las propiedades ópticas del ADN. Su esperanza es desarrollar un conjunto de principios y procesos fundamentales que permitan a los fabricantes construir una amplia gama de dispositivos ópticos, incluyendo una nueva generación de sensores portátiles.