Un nuevo desarrollo de nanotecnología realizado por un equipo de investigación internacional liderado por investigadores de la Universidad de Tel Aviv permitirá generar corrientes eléctricas y voltaje dentro del cuerpo humano a través de la activación de varios órganos (fuerza mecánica). Los investigadores explican que el desarrollo involucra un material biológico nuevo y muy fuerte, similar al colágeno, que no es tóxico y no daña los tejidos del cuerpo. Los investigadores creen que esta nueva nanotecnología tiene muchas aplicaciones potenciales en medicina, incluida la recolección de energía limpia para operar dispositivos implantados en el cuerpo (como marcapasos) a través de los movimientos naturales del cuerpo, eliminando la necesidad de baterías.

El estudio fue dirigido por el profesor Ehud Gazit de la Escuela Shmunis de Biomedicina e Investigación del Cáncer de la Facultad de Ciencias de la Vida de Wise. el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería Fleischman y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología, junto con su equipo de laboratorio, Dr. Santu Bera y Dr. Wei Ji.

También participaron en el estudio investigadores del Instituto Weizmann y varios institutos de investigación en Irlanda, China y Australia. Como resultado de sus hallazgos, los investigadores recibieron dos becas ERC-POC destinadas a utilizar la investigación científica de la beca ERC que Gazit había ganado previamente para tecnología aplicada. La investigación fue publicada en la prestigiosa revista Comunicaciones de la naturaleza .

Prof. Gazit, quien también es Director Fundador del Centro Blavatnik para el Descubrimiento de Drogas, explica:"El colágeno es la proteína más prevalente en el cuerpo humano, constituyendo aproximadamente el 30% de todas las proteínas de nuestro cuerpo. Es un material biológico con una estructura helicoidal y una variedad de propiedades físicas importantes, como la resistencia mecánica y la flexibilidad, que son útiles en muchas aplicaciones. Sin embargo, porque la molécula de colágeno en sí es grande y compleja, los investigadores llevan mucho tiempo buscando una Molécula corta y simple que se basa en colágeno y presenta propiedades similares. Hace aproximadamente un año y medio, en el diario Materiales de la naturaleza , nuestro grupo publicó un estudio en el que utilizamos medios nanotecnológicos para diseñar un nuevo material biológico que cumpla con estos requisitos. Es un tripéptido, una molécula muy corta llamada Hyp-Phe-Phe que consta de solo tres aminoácidos, capaz de un proceso simple de autoensamblaje para formar una estructura helicoidal similar al colágeno que es flexible y cuenta con una fuerza similar a la de el titanio metálico. En el presente estudio, Intentamos examinar si el nuevo material que desarrollamos tiene otra característica que caracteriza al colágeno:la piezoelectricidad. La piezoelectricidad es la capacidad de un material para generar corrientes eléctricas y voltaje como resultado de la aplicación de fuerza mecánica, o viceversa, para crear una fuerza mecánica como resultado de la exposición a un campo eléctrico ".

En el estudio, los investigadores crearon estructuras nanométricas del material diseñado, y con la ayuda de herramientas avanzadas de nanotecnología, aplicó presión mecánica sobre ellos. El experimento reveló que el material sí produce corrientes eléctricas y voltaje como resultado de la presión. Es más, diminutas estructuras de solo cientos de nanómetros demostraron uno de los niveles más altos de capacidad piezoeléctrica jamás descubiertos, comparable o superior al de los materiales piezoeléctricos que se encuentran comúnmente en el mercado actual (la mayoría de los cuales contienen plomo y, por lo tanto, no son adecuados para aplicaciones médicas).

Según los investigadores, el descubrimiento de piezoelectricidad de esta magnitud en un material nanométrico es de gran importancia, ya que demuestra la capacidad del material diseñado para servir como una especie de motor minúsculo para dispositivos muy pequeños. Próximo, Los investigadores planean aplicar métodos de cristalografía y mecánica cuántica computacional (teoría funcional de la densidad) para obtener una comprensión profunda del comportamiento piezoeléctrico del material y, por lo tanto, permitir la ingeniería precisa de cristales para la construcción de dispositivos biomédicos.

El profesor Gazit añade:"La mayoría de los materiales piezoeléctricos que conocemos hoy en día son materiales tóxicos a base de plomo, o polímeros, lo que significa que no son amigables con el medio ambiente y el cuerpo humano. Nuestro nuevo material, sin embargo, es completamente biológico, y por lo tanto adecuado para usos dentro del cuerpo. Por ejemplo, un dispositivo fabricado con este material puede reemplazar una batería que suministra energía a implantes como marcapasos, aunque debe reemplazarse de vez en cuando. Movimientos corporales, como latidos del corazón, movimientos de la mandíbula, movimientos intestinales, o cualquier otro movimiento que se produzca en el cuerpo de forma regular:cargará el dispositivo con electricidad, que activará continuamente el implante ".

Ahora, como parte de su investigación continua, los investigadores buscan comprender los mecanismos moleculares del material diseñado con el objetivo de realizar su inmenso potencial y convertir este descubrimiento científico en tecnología aplicada. En este punto, la atención se centra en el desarrollo de dispositivos médicos, pero el profesor Gazit enfatiza que "los materiales piezoeléctricos respetuosos con el medio ambiente, como el que hemos desarrollado, tienen un potencial tremendo en una amplia gama de áreas porque producen energía verde utilizando la fuerza mecánica que de todos modos se está utilizando. Por ejemplo, un automóvil que circula por la calle puede encender las luces de la calle. Estos materiales también pueden reemplazar a los materiales piezoeléctricos que contienen plomo que se utilizan actualmente de forma generalizada. pero eso genera preocupaciones sobre la fuga de metales tóxicos al medio ambiente ".