El grafeno como material para implantes en tejidos humanos

El grafeno como material para implantes en tejidos humanos

El material descubierto por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov, que le valió el Premio Nobel de Física a ambos en 2010, ha estado asociado desde ese momento a los dispositivos electrónicos. Aún no existen aplicaciones comerciales ni método de producción masiva, pero al grafeno se le han adivinado cualidades suficientes como para revolucionar la industria relacionada con los semiconductores.

El silicio es el elemento más utilizado como semiconductor en multitud de aparatos y dispositivos eléctricos o electrónicos. El grafeno podría significar un salto tecnológico considerable para la industria por sus características. Su conductividad es muy alta, lo que le habilita para estar presente en estructuras que transporten energía, es flexible y ligero, además de disponer de una gran dureza (entendida como la propiedad que impide que los materiales sean rayados, penetrados o sufran alteraciones de carácter similar).

Sin embargo, el grafeno podría tener otros usos importantes, totalmente alejados de la tecnología de consumo. En la Universidad Técnica de Múnich, un equipo de científicos ha realizado pruebas con el material para implantes en tejidos neuronales. Los experimentos han comprobado la compatibilidad entre las partes del cuerpo humano implicadas y la composición de las prótesis.

La intención de Lucas Hess, líder de la investigación, es crear implantes que se adapten lo mejor posible al entorno en el que estarán presentes: el cuerpo humano. Hasta ahora, las prótesis electrónicas estaban constituidas por estructuras de silicio, ya que es el material comúnmente utilizado.  Sin embargo, este tipo de dispositivos son rígidos, al igual que el elemento con el que están construidos.

Uno de los mayores problemas de los implantes en tejidos es precisamente la rigidez de los dispositivos. Se corre el riesgo de que la prótesis se mueva y rasgue lo que tiene a su alrededor, produciendo una herida. Además, el silicio no resiste bien determinadas condiciones como la humedad, una temperatura alta o la salinidad, todas ellas susceptibles de darse dentro del cuerpo humano.

La adaptabilidad del grafeno

El objeto de la investigación era encontrar un material compatible con los tejidos humanos. El grafeno está formado por carbono, un elemento básico en la composición de los seres vivos. Pero su estructura se presenta en forma de láminas del grosor de un átomo, lo que permite que sea muy flexible. Los enlaces entre las moléculas son resistentes, un aspecto que da estabilidad al compuesto.

Lo más destacado que los investigadores han descubierto en sus experimentos es que un dispositivo construido con grafeno puede interactuar con los fluidos de su alrededor. De esta forma, la prótesis funcionaría apoyándose en el entorno. El material haría al implante mucho más sensible a los cambios en su entorno, en comparación a una estructura formada por silicio.

Para comprobar esta compatibilidad del grafeno, el equipo de científicos de la Universidad Técnica de Múnich ha estado haciendo pruebas en las células ganglionares de la retina, un tipo de neuronas situadas en la parte interna de esta membrana. Los resultados han sido excelentes.

El grafeno, un instrumento de cambio

Las mejoras que aportará el grafeno al sistema de implantes medicinales en tejidos, particularmente neuronales, aún están por verse. La investigación sólo ha puesto sobre la mesa unos conceptos básicos sobre los que se deben desarrollar las aplicaciones reales. El progreso en este ámbito estará probablemente respaldado por los avances en el campo comercial.

La industria de la electrónica aún no ha comenzado a utilizar comercial y masivamente el grafeno. Cuando lo haga, éste se popularizará. Ello ayudará a la investigación en otros campos, como el médico, ya que el material será más barato y accesible. Además, su uso en dispositivos de consumo contribuirá a aumentar los conocimientos que se tienen sobre él.

Una de las primeras aplicaciones comerciales que se le han vaticinado al grafeno son pantallas táctiles flexibles. Investigadores de la Rice University, en Estados Unidos, han creado un compuesto que reemplazaría al ITO (una mezcla sólida de óxido de indio y óxido de estaño), utilizado en este tipo de paneles. Sus propiedades serían muy superiores a lo que están acostumbrados los técnicos.

La inversión para investigar las propiedades y aplicaciones del grafeno está creciendo. La Unión Europea dedicará 1.000 millones de euros en los próximos 10 años a esta tarea. Con la misma finalidad, en Reino Unido, el estado proporcionará 21,5 millones de libras (34,8 millones de euros) a varias universidades, entre ellas la de Mánchester, adonde pertenecían los dos descubridores del material.

El objetivo que se le supone habitualmente al grafeno es el de sustituir a los circuitos de silicio, aunque esto no será en un futuro inmediato. Pero existen investigaciones con otro planteamiento, como la que han llevado a cabo científicos del ICFO, un centro dependiente de la Universidad Politécnica de Cataluña, en colaboración con otras instituciones. Los investigadores han comprobado que el material puede absorber un fotón y convertirlo en electrones capaces de conducir la corriente eléctrica.

Las aplicaciones de este último descubrimiento se refieren a la energía solar. Los paneles que actualmente captan la energía procedente del Sol están construidos con estructuras de silicio. Una vez más, el grafeno podría jugar un papel determinante en el avance de este sector, mejorando considerablemente la capacidad de las placas y reduciendo la pérdida energética.

Imagen: CORE-Materials

Sobre el autor

Pablo G. Bejerano

Periodista especializado en nuevas tecnologías. Interesado en todo lo que tenga que ver con Internet y sus posibilidades para cambiar la vida de las personas. Más artículos del autor »