Una biointerfaz es la región de contacto entre una biomolécula, célula , tejido biológico u organismo vivo o material orgánico considerado vivo con otro biomaterial o material inorgánico/orgánico. La motivación para la ciencia de las biointerfaces surge de la urgente necesidad de aumentar la comprensión de las interacciones entre biomoléculas y superficies. El comportamiento de sistemas macromoleculares complejos en las interfaces de materiales es importante en los campos de la biología , la biotecnología , el diagnóstico y la medicina. La ciencia de la biointerfaz es un campo multidisciplinario en el que los bioquímicos que sintetizan nuevas clases de biomoléculas ( ácidos peptidonucleicos , peptidomiméticos , aptámeros , ribozimas y proteínas modificadas ) cooperan con científicos que han desarrollado herramientas para posicionar biomoléculas con precisión molecular (métodos de sonda proximal, nanopartículas). -y métodos de microcontacto, litografía de rayos X y haz de electrones , y métodos de autoensamblaje ascendente), científicos que han desarrollado nuevas técnicas espectroscópicas para interrogar estas moléculas en la interfaz sólido-líquido, y personas que las integran en dispositivos funcionales. (físicos aplicados, químicos analíticos y bioingenieros ). [1] Las biointerfaces bien diseñadas facilitarían las interacciones deseables al proporcionar superficies optimizadas donde la materia biológica puede interactuar con otros materiales inorgánicos u orgánicos, por ejemplo promoviendo la adhesión de células y tejidos a una superficie. [2]
Los temas de interés incluyen, entre otros:
Los campos relacionados con las biointerfaces son la biomineralización , los biosensores , los implantes médicos , etc.
La nanotecnología es un campo en rápido crecimiento que ha permitido la creación de muchas posibilidades diferentes para crear biointerfaces. Las nanoestructuras que se utilizan comúnmente para biointerfaces incluyen: nanomateriales metálicos como nanopartículas de oro y plata , materiales semiconductores como nanocables de silicio , nanomateriales de carbono y materiales nanoporosos . [3] Debido a las muchas propiedades únicas de cada nanomaterial, como el tamaño, la conductividad y la construcción, se han logrado diversas aplicaciones. Por ejemplo, las nanopartículas de oro a menudo se funcionalizan para actuar como agentes de administración de fármacos para el cáncer porque su tamaño les permite acumularse pasivamente en los sitios de los tumores. [4] También como ejemplo, el uso de nanocables de silicio en materiales nanoporosos para crear andamios para tejidos sintéticos permite monitorear la actividad eléctrica y la estimulación eléctrica de las células como resultado de las propiedades fotoeléctricas del silicio. [5] La orientación de las biomoléculas en la interfaz también se puede controlar mediante la modulación de parámetros como el pH, la temperatura y el campo eléctrico. Por ejemplo, se puede hacer que el ADN injertado en electrodos de oro se acerque a la superficie del electrodo mediante la aplicación de un potencial de electrodo positivo y, como explican Rant et al., [6] esto se puede utilizar para crear interfaces inteligentes para la detección biomolecular. Asimismo, Xiao Ma y otros [7] han discutido el control eléctrico sobre la unión/desunión de trombina de aptámeros inmovilizados en electrodos. Demostraron que al aplicar ciertos potenciales positivos, la trombina se separa [8] de la biointerfaz.
El silicio es un material común utilizado en la industria tecnológica debido a su abundancia y a sus propiedades como semiconductor. Sin embargo, en su forma masiva, los chips de computadora y similares no son propicios para las biointerfaces. Para estos fines se suelen utilizar nanocables de silicio (SiNW). Varios métodos de crecimiento y composición de SiNW, como el grabado , la deposición química de vapor y el dopaje , permiten personalizar las propiedades de los SiNW para aplicaciones únicas. [9] Un ejemplo de estos usos únicos es que los SiNW se pueden usar como cables individuales para sondas intracelulares o dispositivos extracelulares o los SiNW se pueden manipular en macroestructuras más grandes. Estas estructuras se pueden manipular en estructuras macropourus flexibles en 3D (como los andamios mencionados anteriormente) que se pueden usar para crear matrices extracelulares sintéticas . En el caso de Tian et al., se cultivaron cardiomiocitos en estas estructuras como una forma de crear una estructura de tejido sintético que podría usarse para monitorear la actividad eléctrica de las células en el andamio. [5] El dispositivo creado por Tian et al. aprovecha el hecho de que los SiNW son dispositivos basados en transistores de efecto de campo (FET). Los dispositivos FET responden a cargas potenciales eléctricas en la superficie del dispositivo o, en este caso, en la superficie del SiNW. También se puede aprovechar el hecho de ser un dispositivo FET cuando se utilizan SiNW individuales como dispositivos de biodetección . Los sensores SiNW son nanocables que contienen receptores específicos en su superficie que, cuando se unen a sus respectivos antígenos, provocarán cambios en la conductividad . Estos sensores tienen la capacidad de insertarse en células con una invasividad mínima, lo que los hace en cierto modo preferibles a los biosensores tradicionales como los tintes fluorescentes, así como otras nanopartículas que requieren etiquetado objetivo. [10]