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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de Oxford han dado un paso significativo hacia la realización de dispositivos biointegrados en miniatura capaces de estimular células directamente. El trabajo fue publicado hoy en la revista. Naturaleza (“Una fuente de corriente de iones blandos a microescala modula la actividad de las redes neuronales”).
Los pequeños dispositivos biointegrados que pueden interactuar con las células y estimularlas podrían tener importantes aplicaciones terapéuticas, incluida la administración de terapias farmacológicas dirigidas y la aceleración de la cicatrización de heridas. Sin embargo, todos estos dispositivos requieren una fuente de energía para funcionar. Hasta ahora, no ha existido una forma eficiente de proporcionar energía a microescala.
Para abordar este problema, investigadores de la Facultad de Química de la Universidad de Oxford han desarrollado una fuente de energía en miniatura capaz de alterar la actividad de células nerviosas humanas cultivadas. Inspirado en la forma en que las anguilas eléctricas generan electricidad, el dispositivo utiliza gradientes de iones internos para generar energía.
![Diagrama de batería de gotas](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63558_1.jpg)
La fuente de energía blanda miniaturizada se fabrica depositando una cadena de gotas de un hidrogel conductor del tamaño de cinco nanolitros. Cada gota tiene una composición diferente, lo que crea un gradiente de concentración de sal a lo largo de la cadena. Las gotitas están separadas de sus vecinas por bicapas lipídicas que proporcionan soporte mecánico al mismo tiempo que evitan que los iones fluyan entre las gotitas.
La fuente de energía se enciende enfriando la estructura a 4 °C y cambiando el medio circundante: esto rompe las bicapas lipídicas y las gotas forman un hidrogel continuo. Esto permite que los iones se muevan a través del hidrogel conductor, desde las gotitas con alto contenido de sal en los dos extremos hasta las gotitas con bajo contenido de sal en el medio. Al conectar las gotas de los extremos a los electrodos, la energía liberada por los gradientes de iones se convierte en electricidad, lo que permite que la estructura de hidrogel actúe como fuente de energía para los componentes externos.
En el estudio, la fuente de corriente de gotas activada produjo una corriente que duró más de 30 minutos. La potencia máxima de salida de una unidad de gotas de 50 nanolitros era de alrededor de 65 nanovatios (nW). Los dispositivos generaron una cantidad similar de electricidad después de 36 horas de almacenamiento.
Luego, el equipo de investigación demostró cómo se pueden unir células vivas a un extremo del dispositivo para que su actividad pueda regularse directamente mediante la corriente iónica. El equipo conectó el dispositivo a gotitas que contenían células progenitoras neurales humanas que habían sido teñidas con un tinte fluorescente para indicar su actividad. Cuando se encendió la fuente de energía, las grabaciones de lapso de tiempo mostraron ondas de señalización de calcio intercelular en las neuronas inducidas por la corriente iónica local.
La señalización del calcio es un mecanismo clave mediante el cual las neuronas se comunican entre sí para coordinar actividades biológicas como la liberación de neurotransmisores, la activación neuronal, la plasticidad sináptica y la transcripción de genes.
![batería de gota](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63558_2.jpg)
dr. Yujia Zhang (Departamento de Química de la Universidad de Oxford), investigador principal del estudio, dijo: «La fuente de energía blanda miniaturizada representa un gran avance en los dispositivos biointegrados de células y tejidos a microescala, abriendo una amplia gama de posibilidades». Aplicaciones en biología y medicina”.
Según los investigadores, el diseño modular del dispositivo permitiría combinar múltiples unidades para aumentar el voltaje y/o la corriente producida. Esto podría abrir la puerta a dispositivos portátiles de próxima generación impulsados por interfaces biohíbridas, implantes, tejidos sintéticos y microrobots. Combinando 20 unidades de cinco gotas en serie, pudieron encender un diodo emisor de luz que requiere aproximadamente 2 voltios. Sostienen que automatizando la fabricación de los dispositivos, por ejemplo mediante el uso de una impresora de gotas, podrían surgir redes de gotas compuestas por miles de unidades de energía.
El profesor Hagan Bayley (Departamento de Química de la Universidad de Oxford), líder del grupo de investigación del estudio, dijo: «Este trabajo aborda la importante cuestión de cómo la estimulación generada por dispositivos blandos y biocompatibles puede acoplarse a células vivas». dispositivos como interfaces biohíbridas, implantes y microrobots son importantes”.
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