Gusanos capaces de crear semiconductores de energía eléctrica

Desde el punto de vista de la química la naturaleza es realmente sorprendente. Las reacciones químicas que se producen en el interior de un ser vivo son en su mayoría imposibles de reproducir en condiciones de laboratorio. Es debido a la presencia en los seres vivos de un tipo de moléculas llamadas enzimas, que son capaces de acelerar y favorecer determinadas reacciones químicas. Si intentamos realizar estas reacciones químicas en el laboratorio sin la ayuda de estas enzimas en algunos casos se requerirían altas presiones y temperaturas, y otras son directamente imposibles. Por eso el campo de la química y el campo de la bioquímica son tan diferentes entre sí.

Desde hace miles de años utilizamos estas reacciones bioquímica para nuestro propio beneficio. Por ejemplo los yogures, el queso y la cerveza son alimentos creados por la acción de bacterias capaces de fermentar alimentos y darles unas nuevas propiedades. El proceso de fermentación se resume en dejar a las bacterias que “coman” algunos compuestos químicos y produzcan otros como desecho, llevando a cabo transformaciones químicas bastante complejas en su interior. En la actualidad se buscan nuevas maneras de producir materiales que aunque sean difíciles de obtener en el laboratorio puedan ser producidos de una manera mucho más sencilla y barata siendo ayudados por otro ser vivo. El ultimo descubrimiento al respecto es el uso de gusanos para crear semiconductores.

Los semiconductores son muy importantes para el avance de la tecnología actual. Son materiales raros y difíciles de obtener que tienen una propiedad que los hacen especiales: pueden conducir la electricidad pero solo en determinadas condiciones. Estas condiciones varían según el semiconductor, hay algunos que se vuelven conductores eléctricos en presencia de un campo magnético fuerte, otros al sentir una presión alta, otros al aumentar la temperatura… Las posibilidades de fabricación de nuevos instrumentos gracias a estas capacidades son elevadas (en Medciencia ya hablamos de un tipo de batería de móvil que se carga mediante electricidad estática y cuya tecnología se basa precisamente en estos semiconductores).

Entre todos los semiconductores, hay un tipo especialmente valioso: los puntos cuánticos. Son un tipo de nanoestructura del material semiconductor que tienen la propiedad de iluminarse cuando se les aplica una luz del color adecuado. Se utilizan principalmente en la construcción de diodos LED, códigos de barras, en medicina (para poder, por ejemplo, iluminar células afectadas por un tumor) y en la creación de nuevos paneles solares más eficientes que los actuales.

Pero aunque sean tan valiosas, tienen un problema relacionado con su tamaño. Para hacer un punto cuántico hay que agrupar únicamente unos cientos o miles de átomos, y esta es una cantidad excesivamente pequeña y su tamaño es mínimo. A simple vista, los puntos cuánticos pueden tener el aspecto de una pastilla plana o estar disueltos en líquido. Para su elaboración hace falta manipular la materia a la escala de nanómetros, y eso es complicado, caro y requiere tiempo.

El investigador Mark Green, del King’s College, trabajaba en la fabricación de puntos cuánticos cuando asistió a una conferencia sobre animales capaces de evitar la intoxicación por metales mediante la acción de ciertas enzimas que transformaban químicamente el metal. Se le ocurrió la posibilidad de usar a un animal que pudiera transformar el cadmio (un metal común y muy tóxico) en teluro de cadmio (un semiconductor usado en la fabricación de puntos cuánticos), y que además de realizar la reacción química, se produjeran nanoestructuras de varios cientos de átomos como en el laboratorio.

Para la investigación se puso en contacto con Stephen Stürzenbaum, un biólogo que supo encontrar al animal que él deseaba, el Lumbricus rubellus, también llamada lombriz de tierra roja. Un animal bastante común y que podemos encontrar aventurándose por las calles después de llover. Cuando una lombriz de tierra ingiere cadmio, se producen proteínas que lo rodean y lo transportan a través de unas células llamadas células de cloragogeno, que tienen la misma función de destoxificación que nuestro hígado, pero en gusanos; una vez allí el cadmio es atacado por una enzima llamada metalotionina, provocando diversas reacciones químicas que acaban por impedir que el cadmio tenga efecto toxico en el gusano. El cadmio alterado permanece almacenado en pequeñas cavidades del gusano y pasado un tiempo es expulsado.

Este proceso es bien conocido, pero al final lo que se expulsa es cadmio alterado que no es semiconductor ni sirve para hacer puntos cuánticos, de manera que decidieron hacer una reacción química de laboratorio pero dentro del gusano, poniéndolo en tierra con cadmio y teluro. Cuando estos dos elementos químicos reaccionan, producen teluro de cadmio, el compuesto deseado. Al dárselo a los gusano, estos almacenaban en su interior nanoestructuras de este material, siendo el experimento un éxito. Además, los puntos cuánticos extraídos de los gusanos funcionaban igual de bien que los obtenidos en el laboratorio con las técnicas más sofisticadas.

Green y Stürzenbaum estaban bastante sorprendidos ya que no se esperaban que el experimento funcionara de una manera tan sencilla. Este puede ser el primer paso para descubrir nuevos métodos de fabricación de nanomateriales, combinando la química de laboratorio y la bioquímica de los seres vivos. Quizá sea el comienzo de un nuevo campo dentro de la química.

Fuente | Livescience