Vatios en el interior

Aug 24, 2023

El efecto piezoeléctrico es un fenómeno fascinante en el que ciertos materiales exhiben la capacidad de generar una carga eléctrica en respuesta a una tensión o deformación mecánica y, a la inversa, de deformarse cuando se los somete a un campo eléctrico. Este comportamiento único surge de la disposición de los átomos dentro de estos materiales, lo que crea una asimetría en su estructura de red cristalina. Cuando se aplica presión o tensión al material, la red se distorsiona, generando cargas eléctricas en la superficie del material. Este efecto fue descubierto por primera vez por Jacques y Pierre Curie en 1880 y desde entonces ha encontrado diversas aplicaciones en diversos campos.

Las aplicaciones de esta tecnología existen en el desarrollo de actuadores para un control preciso del movimiento, sensores para medir la presión, la aceleración y la vibración, así como en transductores acústicos como micrófonos y sensores ultrasónicos. Además, los materiales piezoeléctricos se utilizan en la recolección de energía para convertir vibraciones mecánicas en energía eléctrica para dispositivos portátiles. Esto tiene el potencial de alimentar dispositivos electrónicos de bajo consumo de energía en ubicaciones remotas o incluso tecnología portátil, reduciendo la dependencia de las fuentes de energía tradicionales.

Las propiedades únicas de los materiales piezoeléctricos han despertado el interés en utilizarlos para alimentar dispositivos médicos implantables, para eliminar la necesidad de baterías tradicionales. Sin embargo, la mayoría de estos materiales son rígidos y quebradizos y, peor aún, frecuentemente contienen materiales tóxicos como plomo y cuarzo. Los aminoácidos se destacan como una alternativa biocompatible, pero para exhibir un fuerte efecto piezoeléctrico, las moléculas deben estar alineadas en la orientación correcta. Producir películas de aminoácidos, orientadas en la misma dirección, ha demostrado ser demasiado desafiante a escala hasta la fecha.

Una nueva técnica desarrollada por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong pronto permitirá la fabricación de dispositivos médicos biocompatibles y biodegradables. Han demostrado que sus métodos pueden producir capas delgadas de aminoácidos autoensambladas con una orientación ordenada que cubren una gran superficie. Estas finas películas exhiben un fuerte efecto piezoeléctrico que puede aprovecharse para generar electricidad a partir del estiramiento de los músculos, la respiración, el flujo sanguíneo y otros movimientos corporales. En el futuro, estas láminas podrían alimentar marcapasos, biosensores y otros dispositivos. Y cuando el trabajo esté terminado, pueden disolverse con seguridad.

En el curso de su investigación, el equipo descubrió que el aminoácido β-glicina tiene una respuesta piezoeléctrica excepcionalmente fuerte. Como tal, fabricaron películas nanocristalinas de este aminoácido con una impresora de películas bioorgánicas utilizando el método de pulverización electrohidrodinámica. Durante la pulverización, se aplica un campo eléctrico entre la punta de la boquilla y el soporte conductor para ayudar en la formación de nanomicrogotas. Debido al pequeño tamaño de las nanomicrogotas, el agua se evapora muy rápidamente. Y esto, a su vez, sirve para orientar las moléculas de β-glicina de manera consistente en la película biomolecular resultante.

Uno de los investigadores que dirigió el trabajo señaló que su “estudio muestra una respuesta piezoeléctrica uniformemente alta y una termoestabilidad excelente en todas las películas de β-glicina. El excelente rendimiento de salida, la biocompatibilidad natural y la biodegradabilidad de las películas nanocristalinas de β-glicina tienen implicaciones prácticas para aplicaciones electromecánicas biológicas transitorias de alto rendimiento, como biosensores implantables, fuentes de alimentación de carga inalámbrica para electrónica bioabsorbible, chips inteligentes y otros fines de ingeniería biomédica. .”

En la actualidad, el equipo continúa perfeccionando sus métodos con la esperanza de hacer que las películas sean tan flexibles como los tejidos biológicos naturales. También están investigando formas de lograr una producción en masa de las películas a bajo costo. Una vez alcanzados estos objetivos, pretenden realizar experimentos en modelos animales para mostrar el potencial de la nueva tecnología para impulsar dispositivos médicos implantables.