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Crédito: Pixabay.

Hace décadas, los científicos estaban encantados de descubrir que la eumelanina, el pigmento natural responsable del oscurecimiento de la piel y el cabello, puede conducir la electricidad. Esto planteó inmediatamente la posibilidad de su uso en electrónica implantable. Y debido a que la melanina ya se encuentra naturalmente en el cuerpo, la biocompatibilidad estaría garantizada. Sin embargo, la conductividad eléctrica resultó demasiado débil para cualquier aplicación significativa en la vida real a pesar del considerable esfuerzo por manipular el pigmento. En un estudio innovador, investigadores italianos han encontrado una manera de reorganizar grumos de melanina desordenados en láminas más ordenadas y delgadas, aumentando así la conductividad de los pigmentos mil millones de veces.

Nuestro proceso produjo un aumento de mil millones de veces en la conductividad eléctrica de la eumelanina, dijeron en un comunicado los autores del nuevo estudio publicado en la revista Frontiers in Chemistry. Esto hace posible el tan esperado diseño de componentes electrónicos basados ​​en melanina, que pueden usarse para dispositivos implantados debido a la biocompatibilidad de los pigmentos.

La melanina es el pigmento que da color a la piel, el cabello y los ojos humanos. Las personas de piel oscura tienen más melanina en la piel que las personas de piel clara. La melanina se presenta en dos formas principales llamadas eumelanina y feomelanina. La eumelanina es responsable principalmente de los tonos marrones y negros, mientras que la feomelanina aparece como tonos rojos y amarillos. Ambos son producidos por un grupo especializado de células llamadas melanocitos.

Estos compuestos son de gran interés para los científicos, ya que se encuentran de forma natural en prácticamente todas las formas de vida, no son tóxicos, no provocan una respuesta inmunitaria y son completamente biodegradables. Sin embargo, los esfuerzos previos para domar la conductividad eléctrica de la melanina, como combinarla con otros metales o sobrecalentarla con grafeno, han fracasado.

El Dr. Alessandro Pezzella de la Universidad de Nápoles Federico II y el Dr. Paolo Tassini de la Agencia Nacional Italiana para Nuevas Tecnologías, Energía y Desarrollo Económico Sostenible tomaron una ruta diferente a la de otros investigadores antes que ellos. En primer lugar, partieron de la estructura de la eumelanina, que naturalmente está formada por millones de capas desordenadas una encima de la otra.

Todos los análisis químicos y físicos de la eumelanina pintan la misma imagen de láminas moleculares que comparten electrones, apiladas desordenadamente. La respuesta parecía obvia: ordene las pilas y alinee las hojas, para que todas puedan compartir electrones y luego la electricidad fluirá, dijeron los investigadores.

Para producir capas ordenadas de eumelanina, los investigadores recurrieron a un método llamado recocido. Normalmente empleado en metalurgia y ciencia de los materiales, el recocido es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza principalmente para aumentar la ductilidad y reducir la dureza de un material.

Se introdujeron películas de eumelanina sintética en una cámara de vacío y se calentaron a 600ºC durante un máximo de 6 horas. El proceso de recocido se asemeja al alisado del cabello, solo que esta vez fue solo el pigmento con el que trabajaron los investigadores. Cuando se completó el experimento, las películas de eumelanina se volvieron de color marrón oscuro y se adelgazaron desde el grosor de una bacteria hasta el de un virus. En lugar de capas desordenadas, las láminas de melanina se dispusieron en una configuración paralela que permitió la transferencia de electrones. Y a diferencia de los intentos anteriores, las películas no se habían quemado hasta quedar crujientes.

Todos nuestros diversos análisis coinciden en que estos cambios reflejan la reorganización de las moléculas de eumelanina de una orientación aleatoria a una pila uniforme que comparte electrones. Las temperaturas de recocido fueron demasiado bajas para romper la eumelanina y no detectamos combustión a carbono elemental.

Los investigadores encontraron que la conductividad de las películas de melanina aumentó mil millones de veces a 300 S/cm. Esto abre la posibilidad de utilizar melanina en dispositivos de próxima generación e implantes biocompatibles.

Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer. A pesar del gran impulso, la melanina tratada sigue siendo 500 millones de veces menos conductora que el cobre. Además, su conductividad descendía considerablemente en presencia del agua, que constituye la mayor parte de nuestro cuerpo.

Esto contrasta con la eumelanina no tratada que, aunque en un rango mucho más bajo, se vuelve más conductora con la hidratación (humedad) porque conduce la electricidad a través de iones y electrones. Se necesita más investigación para comprender completamente las contribuciones iónicas frente a las electrónicas en la conductividad de la eumelanina, lo que podría ser clave para saber cómo se usa la eumelanina en la práctica en la electrónica implantable. concluye Pezzella.

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