Transistor protonici, uomo e macchina più vicini

Transistor che usano protoni al posto degli elettroni, capaci di comunicare con le cose viventi. Sono stati creati dall'Università di Washington e promettono di cambiare l'interazione con i dispositivi che ci circondano. Da tempo l'uomo cerca di creare protesi che possano funzionare come una vera parte del corpo, soprattutto per restituire capacità a persone menomate.

Tuttavia questi dispositivi di solito comunicano usando elettroni, che sono particelle caricate negativamente, piuttosto che protoni, che sono particelle dotate di carica elettrica positiva che può esistere libera o legata in un nucleo (come quello dell'idrogeno), o ioni, che sono atomi con carica positiva o negativa.

"Quindi c'è sempre questo problema dell'interfaccia. Come fa un segnale elettronico a tradursi in un segnale ionico o viceversa?", spiega il ricercatore Marco Rolandi. "Abbiamo trovato un biomateriale che è molto valido per condurre protoni e offre il potenziale per interfacciarsi con sistemi viventi".

A sinistra una foto a colori del dispositivo con elementi sovrapposti, a destra un'immagine ingrandita delle fibre del chitosano. La barra bianca è in scala 200 nanometri.

Nel corpo i protoni giocano un ruolo chiave nel trasferimento dell'energia biologica, agendo come attivatori d'interruttori. Gli ioni aprono e chiudono canali nella membrana di una cellula per far sì che qualcosa possa entrarvi o uscirvi.

Gli ioni ci permettono di flettere i muscoli e trasmettere impulsi cerebrali. Un dispositivo compatibile con un sistema vivente potrebbe monitorare questi processi e un giorno magari generare correnti protoniche per controllare direttamente alcune funzioni.

Il primissimo passo di un lungo cammino è certamente il transistor realizzato dai ricercatori, in grado d'inviare impulsi di corrente protonica. Il prototipo realizzato è un transistor a effetto di campo, dotato di una struttura standard con gate, drain e source, con una dimensione di 5 micron.

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"Nel nostro dispositivo le grandi molecole ispirate dal mondo della natura possono spostare protoni e una corrente protonica può essere attivata o spenta, in un modo analogo a quello di una corrente elettronica in qualsiasi altro transistor a effetto di campo", ha dichiarato Rolandi.

Il dispositivo usa una forma modificata di chitosano estratto originariamente dalla "penna del calamaro" (gladio). Il materiale è compatibile con gli esseri viventi, si può produrre facilmente, e può essere riciclato da gusci di granchio e dalle "penne del calamaro" scartati dall'industria alimentare.

I ricercatori Chao Zhong e Yingxin Deng hanno scoperto che questa forma di chitosano funziona molto bene per il movimento dei protoni. Il chitosano assorbe l'acqua e forma molti legami di idrogeno; i protoni sono quindi in grado di saltare da un legame di idrogeno a quello successivo.

Con lui avremo tutti i transistor protonici che vogliamo, grazie Capitan Findus!

Secondo Rolandi entro un decennio avremo la prima applicazione pratica dei transistor protonici, a partire dal rilevamento diretto di cellule in laboratorio. Il prototipo attuale ha una base di silicio e non può essere usato in un corpo umano. Sul lungo periodo, tuttavia, potrebbe essere impiantata nelle cose viventi una versione biocompatibile per monitorare, o persino controllare, alcuni processi biologici.