Científicos de la Universidad de Columbia han desarrollado, por primera vez, un sistema que utiliza trifosfato de adenosina (ATP), el portador de energía celular biológica, para alimentar un circuito integrado.
El trifosfato de adenosina (adenosín trifosfato, del inglés adenosine triphosphate o ATP) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares.
Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula molecular es C10H16N5O13P3.
El sistema llamado Biocell fue desarrollado al unir un circuito integrado hecho de un semiconductor convencional de estado sólido complementario (CMOS) con una membrana bicapa lipídica artificial que contiene bombas de iones impulsadas por ATP. Un logro que abre la puerta a la creación de sistemas artificiales completamente nuevos que contienen componentes tanto biológicos como en estado sólido.
Ilustración que muestra una Biocell unido a un CMOS circuito con una membrana que contiene bombas de sodio-potasio en los poros integrados. La energía se almacena químicamente en moléculas de ATP. Cuando la energía se libera en forma de iones cargados, el ATP se convierte en ADP + fosfato inorgánico.
“En la combinación de un dispositivo electrónico biológico con CMOS, seremos capaces de crear nuevos sistemas que no son posibles mediante una tecnología por sí sola. Estamos muy entusiasmados ante la perspectiva de la ampliación de la gama de dispositivos activos que tendrán nuevas funciones, como la recolección de energía por ATP, o el reconocimiento de moléculas específicas, dando a los circuitos integrados la posibilidad de degustar y oler. Esto tiene un gran potencial para dar a los sistemas de estado sólido nuevas capacidades con componentes biológicos”, dijo Ken Shepard, responsable de la investigación.
Los resultados proporcionan una nueva visión de un modelo de circuito, lo que permite determinar las condiciones para maximizar la eficiencia de aprovechamiento de la energía química a través de la acción de bombas de iones.
Mientras que otros grupos han cosechado energía de los sistemas vivos, Shepard y su equipo están explorando cómo hacer esto a nivel molecular, aislando simplemente la función deseada y la interconexión esto con la electrónica. “No necesitamos toda la célula”.
“Si se necesita un perro detector de bombas, puede tomarse sólo la parte del perro que es útil, como las moléculas que le dan el sentido del olfato y así no se necesitaría todo el animal. Con la escala adecuada, esta tecnología podría proporcionar una fuente de energía para los sistemas implantados en entornos ricos en ATP, como el interior de las células vivas”, agrego.
Referencia: Universidad de Columbia