El límite entre la electrónica y la biología se difumina con la primera detección por parte de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía de las propiedades ferroeléctricas en un aminoácido llamado glicina.

Un equipo de investigación multiinstitucional dirigido por Andrei Kholkin de la Universidad de Aveiro, Portugal, utilizó una combinación de experimentos y modelos para identificar y explicar la presencia de ferroelectricidad, una propiedad donde los materiales cambian su polarización cuando se aplica un campo eléctrico, en el aminoácido más simple conocido:la glicina.

"El descubrimiento de la ferroelectricidad abre nuevos caminos hacia nuevas clases de dispositivos de memoria y lógica bioelectrónica, donde la conmutación de polarización se utiliza para registrar y recuperar información en forma de dominios ferroeléctricos, ", dijo el coautor y científico principal del Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos (CNMS) de ORNL, Sergei Kalinin.

Aunque se sabe que ciertas moléculas biológicas como la glicina son piezoeléctricas, un fenómeno en el que los materiales responden a la presión produciendo electricidad, la ferroelectricidad es relativamente rara en el ámbito de la biología. Por lo tanto, los científicos aún no tienen claras las posibles aplicaciones de los biomateriales ferroeléctricos.

"Esta investigación ayuda a allanar el camino hacia la construcción de dispositivos de memoria hechos de moléculas que ya existen en nuestros cuerpos, "Dijo Kholkin.

Por ejemplo, Hacer uso de la capacidad de cambiar la polarización a través de pequeños campos eléctricos puede ayudar a construir nanorobots que puedan nadar a través de la sangre humana. Kalinin advierte que esta nanotecnología aún está muy lejos en el futuro.

"Claramente, hay un camino muy largo desde el estudio del acoplamiento electromecánico a nivel molecular hasta la fabricación de un nanomotor que pueda fluir a través de la sangre, ", Dijo Kalinin." Pero a menos que tenga una forma de hacer este motor y estudiarlo, no habrá un segundo y tercer paso. Nuestro método puede ofrecer una opción para el estudio cuantitativo y reproducible de esta conversión electromecánica ".

El estudio, publicado en Materiales funcionales avanzados , se basa en investigaciones previas en el CNMS de ORNL, donde Kalinin y otros están desarrollando nuevas herramientas como la microscopía de fuerza piezorrespuesta utilizada en el estudio experimental de la glicina.

"Resulta que la microsopia de la fuerza de respuesta piezoeléctrica es perfectamente adecuada para observar los detalles finos en los sistemas biológicos a nanoescala, "Dijo Kalinin." Con este tipo de microscopía, obtiene la capacidad de estudiar el movimiento electromecánico al nivel de una sola molécula o de un pequeño número de ensamblajes moleculares. Esta escala es exactamente donde pueden suceder cosas interesantes ".

El laboratorio de Kholkin cultivó las muestras cristalinas de glicina que fueron estudiadas por su equipo y por el grupo de microscopía ORNL. Además de las medidas experimentales, Los teóricos del equipo verificaron la ferroelectricidad con simulaciones de dinámica molecular que explicaron los mecanismos detrás del comportamiento observado.