La bioelectrónica es un campo de investigación en la convergencia de la biología y la electrónica .
En el primer taller de la CEC, celebrado en Bruselas en noviembre de 1991, se definió la bioelectrónica como «el uso de materiales biológicos y arquitecturas biológicas para sistemas de procesamiento de información y nuevos dispositivos». La bioelectrónica, en concreto la electrónica biomolecular, se describió como «la investigación y el desarrollo de materiales inorgánicos y orgánicos bioinspirados (es decir, autoensamblados) y de arquitecturas de hardware bioinspiradas (es decir, de paralelismo masivo) para la implementación de nuevos sistemas de procesamiento de información, sensores y actuadores, y para la fabricación molecular hasta la escala atómica». [1] El Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST), una agencia del Departamento de Comercio de los Estados Unidos , definió la bioelectrónica en un informe de 2009 como «la disciplina resultante de la convergencia de la biología y la electrónica ». [2] : 5
Las fuentes de información sobre este campo incluyen el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) con su revista Biosensors and Bioelectronics de Elsevier publicada desde 1990. La revista describe el alcance de la bioelectrónica como un intento de: "... explotar la biología en conjunción con la electrónica en un contexto más amplio que abarque, por ejemplo, las células de combustible biológicas, la biónica y los biomateriales para el procesamiento de información, el almacenamiento de información, los componentes electrónicos y los actuadores. Un aspecto clave es la interfaz entre los materiales biológicos y la micro y nanoelectrónica". [3]
El primer estudio conocido sobre bioelectrónica tuvo lugar en el siglo XVIII, cuando el científico Luigi Galvani aplicó un voltaje a un par de ancas de rana desprendidas. Las ancas se movieron, lo que desencadenó el génesis de la bioelectrónica. [4] La tecnología electrónica se ha aplicado a la biología y la medicina desde que se inventó el marcapasos y con la industria de la imagenología médica. En 2009, una encuesta de publicaciones que utilizaban el término en el título o el resumen sugirió que el centro de actividad estaba en Europa (43 por ciento), seguido de Asia (23 por ciento) y Estados Unidos (20 por ciento). [2] : 6
La bioelectrónica orgánica es la aplicación de material electrónico orgánico al campo de la bioelectrónica. Los materiales orgánicos (es decir, que contienen carbono) son muy prometedores en lo que respecta a la interacción con sistemas biológicos. [5] Las aplicaciones actuales se centran en la neurociencia [6] [7] y las infecciones. [8] [9]
Los recubrimientos de polímeros conductores , un material electrónico orgánico, muestran una mejora enorme en la tecnología de los materiales. Era la forma más sofisticada de estimulación eléctrica. Mejoró la impedancia de los electrodos en la estimulación eléctrica, lo que dio como resultado mejores registros y redujo las "reacciones electroquímicas secundarias dañinas". Los transistores electroquímicos orgánicos (OECT) fueron inventados en 1984 por Mark Wrighton y sus colegas, que tenían la capacidad de transportar iones. Esto mejoró la relación señal-ruido y da como resultado una impedancia medida baja. La bomba de iones electrónicos orgánicos (OEIP), un dispositivo que podría usarse para apuntar a partes y órganos específicos del cuerpo para adherir medicamentos, fue creada por Magnuss Berggren. [4]
Como uno de los pocos materiales bien establecidos en la tecnología CMOS, el nitruro de titanio (TiN) resultó ser excepcionalmente estable y muy adecuado para aplicaciones de electrodos en implantes médicos . [10] [11]
La bioelectrónica se utiliza para ayudar a mejorar la vida de las personas con discapacidades y enfermedades. Por ejemplo, el monitor de glucosa es un dispositivo portátil que permite a los pacientes diabéticos controlar y medir sus niveles de azúcar en sangre . [4] La estimulación eléctrica se utiliza para tratar a pacientes con epilepsia, dolor crónico, Parkinson, sordera, temblor esencial y ceguera. [12] [13] Magnuss Berggren y sus colegas crearon una variación de su OEIP, el primer dispositivo de implante bioelectrónico que se utilizó en un animal vivo y libre por razones terapéuticas. Transmitía corrientes eléctricas al GABA, un ácido. La falta de GABA en el cuerpo es un factor en el dolor crónico. El GABA se dispersaría entonces adecuadamente a los nervios dañados, actuando como analgésico. [7] La estimulación del nervio vago (VNS) se utiliza para activar la vía antiinflamatoria colinérgica (CAP) en el nervio vago, lo que termina en una inflamación reducida en pacientes con enfermedades como la artritis . Dado que los pacientes con depresión y epilepsia son más vulnerables a tener una CAP cerrada, la VNS también puede ayudarlos. [14] Al mismo tiempo, no todos los sistemas que tienen electrónica utilizada para ayudar a mejorar la vida de las personas son necesariamente dispositivos bioelectrónicos, sino solo aquellos que involucran una interfaz íntima y directa de electrónica y sistemas biológicos. [15]
La mejora de los estándares y herramientas para monitorizar el estado de las células a resoluciones subcelulares carece de financiación y empleo. Esto es un problema porque los avances en otros campos científicos están empezando a analizar grandes poblaciones de células, lo que aumenta la necesidad de un dispositivo que pueda monitorizar las células a ese nivel de visión. Las células no pueden utilizarse de muchas maneras distintas a su propósito principal, como detectar sustancias nocivas. La fusión de esta ciencia con formas de nanotecnología podría dar lugar a métodos de detección increíblemente precisos. La preservación de vidas humanas, como la protección contra el bioterrorismo , es el área de trabajo más importante que se está realizando en bioelectrónica. Los gobiernos están empezando a exigir dispositivos y materiales que detecten amenazas químicas y biológicas. Cuanto más se reduzca el tamaño de los dispositivos, habrá un aumento en el rendimiento y las capacidades. [2]
La definición del diccionario de bioelectrónica en Wikcionario