Los investigadores han demostrado, por primera vez, una matriz de transistores basada en grafeno que es compatible con células biológicas vivas y capaz de registrar las señales eléctricas que generan. Esta plataforma de prueba de concepto abre el camino para una mayor investigación de un nuevo material prometedor. La combinación distintiva de características del grafeno lo convierte en un competidor líder para futuras aplicaciones biomédicas que requieren una interfaz directa entre dispositivos microelectrónicos y células nerviosas u otros tejidos vivos. Un equipo de científicos de la Technische Universitaet Muenchen y el Centro de Investigación Juelich publicó los resultados en la revista. Materiales avanzados .

Hoy dia, si una persona tiene una relación íntima y dependiente con un dispositivo electrónico, lo más probable es que sea un teléfono inteligente; sin embargo, Es posible que en un futuro previsible haya conexiones mucho más estrechas. Por ejemplo, Se han propuesto aplicaciones "bioelectrónicas" que colocarían sensores y, en algunos casos, actuadores dentro del cerebro de una persona, ojo, o el oído para ayudar a compensar el daño neuronal. Se realizó una investigación pionera en esta dirección utilizando la tecnología madura de la microelectrónica de silicio, pero en la práctica ese enfoque puede ser un callejón sin salida:tanto los sustratos flexibles como los entornos biológicos acuosos plantean serios problemas para los dispositivos de silicio; además, pueden ser demasiado "ruidosos" para una comunicación confiable con las células nerviosas individuales.

De los varios sistemas materiales que se están explorando como alternativas, El grafeno, esencialmente una hoja bidimensional de átomos de carbono unidos en un denso patrón de panal, parece muy adecuado para aplicaciones bioelectrónicas:ofrece un rendimiento electrónico excepcional, es químicamente estable y biológicamente inerte, se puede procesar fácilmente en sustratos flexibles, y debería prestarse a gran escala, Fabricación de bajo costo. Los últimos resultados del equipo de TUM-Juelich confirman las características clave de rendimiento y abren el camino para nuevos avances hacia la determinación de la viabilidad de la bioelectrónica basada en grafeno.

La configuración experimental informada en Materiales avanzados comenzó con una serie de 16 transistores de efecto de campo activados por solución de grafeno (G-SGFET) fabricados en lámina de cobre mediante deposición de vapor químico y procesos estándar de grabado y fotolitografía. "El mecanismo de detección de estos dispositivos es bastante simple, "dice el Dr. José Antonio Garrido, miembro del Instituto Walter Schottky en TUM. "Las variaciones del entorno eléctrico y químico en las proximidades de la región de la puerta FET se convertirán en una variación de la corriente del transistor".

Directamente encima de esta matriz, los investigadores hicieron crecer una capa de células biológicas similar al músculo cardíaco. Los "potenciales de acción" de las células individuales no solo eran detectables por encima del ruido eléctrico intrínseco de los transistores, pero estas señales celulares podrían registrarse con alta resolución espacial y temporal. Por ejemplo, una serie de picos separados por decenas de milisegundos se movieron a través de la matriz de transistores en la misma forma en que se podría esperar que los potenciales de acción se propaguen a través de la capa celular. También, cuando la capa celular estuvo expuesta a una mayor concentración de la hormona del estrés norepinefrina, se registró un aumento correspondiente en la frecuencia de picos. Experimentos separados para determinar el nivel de ruido inherente de los G-SFET demostraron que era comparable al de los dispositivos de silicio de ruido ultrabajo. que como señala Garrido son el resultado de décadas de desarrollo tecnológico.

"Gran parte de nuestra investigación en curso se centra en mejorar aún más el rendimiento del ruido de los dispositivos de grafeno, "Garrido dice, "y en optimizar la transferencia de esta tecnología a sustratos flexibles como el parileno y el kapton, ambos se utilizan actualmente para implantes in vivo. También estamos trabajando para mejorar la resolución espacial de nuestros dispositivos de grabación ". Mientras tanto, Están trabajando con científicos del Vision Institute, con sede en París, para investigar la biocompatibilidad de las capas de grafeno en cultivos de células neuronales de la retina. así como dentro de un proyecto europeo más amplio llamado NEUROCARE, que tiene como objetivo el desarrollo de implantes cerebrales basados ​​en dispositivos de nanocarbono flexibles.