Nanotecnología

Pero aparte de explotar sus propiedades de luminiscencia, hay que tener en cuenta que el silicio nanoporoso tiene una gran superficie específica, lo que le confiere una alta reactividad química, así como una gran facilidad de oxidación. Esto hace que sobre su superficie puedan adsorberse moléculas y distintas especies, provocando un cambio en sus propiedades eléctricas, por lo que puede utilizarse como sensor de gases, humedad, pH, o biológico.

La idea de un sensor biológico es distribuir sobre la superficie una serie de captadores que sean capaces de detectar la presencia de un cierto tipo de molécula (figura 1). La inmovilización de moléculas biológicas sobre una superficie puede llevarse a cabo mediante un enlace covalente o un proceso físico de adsorción. Esta última técnica de enlace no covalente entre la molécula y la superficie se basa en interacciones iónicas, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals o interacciones hidrofóbicas. No obstante, este tipo de interacciones es bastante débil, y las moléculas se pueden desorber con un simple cambio de pH, de temperatura o de fuerza iónica del electrolito. Por tanto, para la utilización del silicio como detector biológico es más adecuado emplear un mecanismo de anclaje covalente.

                                  Figura 1

Las aminas, bases estructurales de las proteínas, son moléculas orgánicas que poseen un esqueleto carbonado y dos grupos funcionales, una amina –NH₂ y un ácido carboxílico –COOH. El método de anclaje de proteínas sobre la superficie se basa en reacciones de los grupos amina y diferentes compuestos químicos (figura 2: anclaje de la inmunoglobulina IgG a la superficie del silicio poroso oxidado vía la molécula DGA o EDAC, [2]). Para comprobar si la molécula captadora elegida sirve como detector de la proteína, se utilizan medidas de fluorescencia de la muestra de silicio sumergida en un medio acuoso. Partiendo de una muestra patrón no funcionalizada y teniendo en cuenta que las proteínas incluyen un grupo fluorescente, si la fluorescencia del silicio es mayor que la de la muestra patrón, la proteína se habrá acumulado en el silicio nanoporoso, mientras que si sucede lo contrario, significa que la proteína se ha quedado en el electrolito, y por tanto la molécula elegida como captador no es la adecuada.

                                  Figura 2  

[1] Canham, L. T., Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990). 

[2] Mery, E., Intégration du silicium poreux dans des microsystèmes flluidiques: application aux laboratories sur puce, Tesis Doctoral defendida con fecha de 2006 en l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon.

    De todos es conocido la capacidad que poseen las plantas de generar energía a partir de la luz solar…entonces, ¿por qué no utilizar de un modo comercial esta fuente de energía eficaz y no contaminante que nos proporciona la naturaleza? En primer lugar, para que las células solares orgánicas sean funcionales, éstas deben integrarse en dispositivos electrónicos. Sin embargo, así como el material biológico necesita agua y sal para vivir, estas sustancias resultan extremadamente perjudiciales para los dispositivos electrónicos. ¿Qué hacer entonces?…la solución: ¡un sándwich de espinacas! Recientemente, un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), ha conseguido desarrollar con éxito una célula solar fotosintética, gracias a un complejo de proteínas denominado PSI (Photosystem I) basado en los cloroplastos de las espinacas. En su trabajo publicado en la revista NanoLetters, los investigadores explican como mediante el uso de péptidos, lograron estabilizar los complejos de proteínas de las espinacas, conservándolos intactos durante 3 semanas en un entorno seco (superficie electrónica). La eficiencia de conversión de luz en energía de estos dispositivos es del 12 %, pero los investigadores esperan alcanzar el 20 %. En el futuro estos dispositivos podrían emplearse como fuente de energía en teléfonos móviles e incluso ordenadores portátiles. Si quieres saber algo más sobre este trabajo, puedes pinchar en el siguiente enlace: TechTalk.