El nervio artificial con el diseño de transistores orgánicos se muestra prometedor para las interfaces de la máquina del cerebro
Nervio artificial basado en Oects SV-Oects de tipo N. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01357-7
En los últimos años, muchos ingenieros han estado tratando de desarrollar componentes de hardware que puedan emular las funciones de varios sistemas biológicos, incluidas las sinapsis, la piel humana y los nervios. Estos sistemas bioinspirados incluyen lo que se conoce como nervios artificiales, sistemas diseñados para emular el papel de los nervios en el cuerpo de humanos y otros animales.
Los nervios artificiales podrían ser útiles para una amplia gama de aplicaciones, que van desde sistemas para reparar los nervios dañados hasta interfaces de computadoras cerebrales, sensores altamente precisos y otros electrónica avanzada. Hasta ahora, sin embargo, la ingeniería de sistemas inspirados en los nervios que operan a frecuencias biológicamente compatibles y replican de manera realista la función de los nervios ha demostrado ser desafiante.
Investigadores de la Universidad Xi’an Jiaotong en China y la Universidad Técnica de Munich desarrollaron recientemente un nuevo nervio artificial de alta frecuencia con un diseño único que optimiza el transporte de iones y electrones, al tiempo que respondió rápidamente a las señales y retiene la información relacionada con la carga. Este sistema inspirado en el nervio, introducido en un artículo publicado en Nature Electronics, se basa en transistores electroquímicos orgánicos homogéneamente integrados.
“Los transistores electroquímicos orgánicos de tipo N son un posible bloque de construcción para los nervios artificiales, ya que su comportamiento de potenciación positiva de potencial puede imitar el de las células biológicas”, escribió Shijie Wang, Yichang Wang y sus colegas en su documento. “Sin embargo, los dispositivos están limitados por las propiedades débiles de transporte y almacenamiento iónico y electrónico, lo que conduce a un bajo rendimiento volátil y no volátil y, en particular, a una respuesta lenta. Describimos un nervio artificial de alta frecuencia basado en transistores electroquímicos orgánicos homogéneamente integrados”.
Los nervios artificiales desarrollados por este equipo de investigadores se basan en transistores electroquímicos orgánicos verticales de tipo N que se depositaron secuencialmente en un sustrato. Estos dispositivos pueden emular el funcionamiento de receptores, sinapsis y Somas en el sistema nervioso humano, produciendo en última instancia circuitos de tipo nervioso.
“Fabricamos un transistor electroquímico orgánico vertical de tipo N con una estructura bicontinua con extremo de gradiente que mejora simultáneamente el transporte iónico e electrónico y el almacenamiento de iones”, escribió Wang, Wang y sus colegas. “El transistor exhibe una respuesta volátil de 27 μs, una frecuencia de memoria no volátil de 100 kHz y un largo tiempo de retención estatal”.
Se encontró que los nervios artificiales introducidos en el pasado sobresalían en algunos dominios (por ejemplo, transporte iónico e electrónico, almacenamiento de memoria a largo plazo, etc.), al tiempo que logran resultados subóptimos en otros. En contraste, se descubrió que el sistema orgánico basado en transistores creado por los investigadores alcanza el transporte iónico y electrónico tanto, así como el almacenamiento de iones a largo plazo, lo que va más allá de las compensaciones previamente informadas.
“Nuestro nervio artificial integrado, que contiene transistores electroquímicos orgánicos verticales de tipo N y de tipo P, ofrece funciones de detección, procesamiento y memoria en el dominio de alta frecuencia”, escribieron los investigadores. “También mostramos que el nervio artificial puede integrarse en modelos animales con funciones neuronales comprometidas y que puede imitar el comportamiento reflejo condicionado básico”.
Para evaluar el potencial de su nervio artificial, los investigadores lo implantaron en ratones con funciones neuronales deterioradas. Sus hallazgos iniciales fueron muy prometedores, ya que se descubrió que el sistema era compatible con los tejidos biológicos de los ratones, al tiempo que imitaba efectivamente los reflejos acondicionados de los nervios.
En el futuro, este prometedor nervio artificial podría mejorarse aún más y probarse en una gama más amplia de experimentos para evaluar aún más su seguridad y rendimiento. Eventualmente, podría usarse para desarrollar tecnologías para reparar los circuitos nerviosos, así como las interfaces de computadora cerebral, como las extremidades protésicas que pueden ser controladas por el cerebro, dispositivos que permiten a los pacientes paralizados comunicarse fácilmente con otros y sistemas para monitorear o manipular precisamente la actividad cerebral.
Más información: Shijie Wang et al, un nervio artificial de alta frecuencia basado en transistores electroquímicos orgánicos homogéneamente integrados, Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01357-7
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Cita: Nervio artificial con diseño de transistores orgánicos se muestra prometedor para interfaces de mecanismo cerebral (2025, 24 de marzo) Recuperado el 24 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-artificial-nerve-ransistor-brain-machine.html
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