Biopantallas, ¿televisiones y teléfonos móviles basados en proteínas al alcance de la mano?

Dr. Rubén D. Costa

Dr. Rubén D. Costa

Por José L. Román.- Un equipo de científicos hispano-alemán liderado por el español: Dr. Rubén D. Costa, han dado los primeros pasos hacia el desarrollo de biopantallas. Empleando proteínas fluorescentes y técnicas de impresión 3D, los investigadores han logrado producir un filtro de color proteico con una resolución micrométrica que cumple con los requisitos necesarios para mejorar las pantallas actualmente en uso en lo que al contraste de color y al brillo se refiere. Este descubrimiento permite el uso de proteínas para la fabricación de pantallas para televisiones o teléfonos móviles. Lo que puede permitir en un futuro no muy lejano la fabricación de dispositivos ecológicos a bajo coste.

Las pantallas de cristal líquido (LCD) son un elemento omnipresente en nuestra vida cotidiana. Las encontramos diariamente en un sinnúmero de dispositivos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles o televisiones, entre otros muchos. Gran parte del éxito de esta tecnología se debe al uso de diodos emisores de luz blanca inorgánicos (LED), que proporcionan una alta calidad de imagen, con un bajo consumo energético. Sin embargo, a pesar de estas características, la fabricación y uso de LCD presentan una serie de inconvenientes. Entre ellos cabe destacar el alto coste de los filtros de color, los límites en el contraste y el brillo de las pantallas, y el difícil reciclaje de los materiales empleados.

Estos problemas han motivado el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías, encaminadas a la fabricación de dispositivos de alta calidad de imagen con un coste asequible y ecológicamente sostenibles. Podemos mencionar la tecnología OLED, donde los LED inorgánicos han sido sustituidos por moléculas orgánicas que emiten luz al ser sometidas a una diferencia de potencial eléctrico, haciendo redundante el uso de una fuente de retroiluminación en los dispositivos. Esta tecnología se caracteriza, por proporcionar una excelente calidad de imagen en términos de color, contraste y brillo. Pero, sus altos costes de producción, así como la menor vida útil de los materiales empleados, suponen un serio problema de cara a un uso comercial sostenible.

El equipo del Dr. Rubén D. Costa ha desarrollado una nueva aproximación para el diseño de pantallas basadas en proteínas luminiscentes. En una contribución pionera, los autores han demostrado como estabilizar proteínas luminiscentes en una matriz polimérica para reemplazar el YAG (Yttrium-Aluminium-Granate en inglés), uno de los materiales más críticos desde el punto de vista ecológico y económico empleados en la fabricación de LED. Además, las aplicaciones de este novedoso material pueden ir más allá. Las gomas basadas en proteínas poseen propiedades luminiscentes que son excelentes para su aplicación en pantallas. Por ejemplo, los rendimientos cuánticos de emisión son superiores al 75% lo que asegura una alta eficiencia. Así mismo, el ancho de banda de emisión es muy pequeño (30-50 nm), lo que implica una alta calidad de color. Para finalizar, su degradación no produce cambios de color significativos. Lo único que faltaba para el diseño y la consiguiente fabricación de pantallas era el desarrollo de técnicas de fabricación de filtros de color donde las proteínas se depositaran con una resolución micrométrica (píxeles) manteniendo una estabilidad óptima.

Para solventar este problema, este equipo científico ha desarrollado una nueva solución combinando una mezcla de polímeros y proteínas que permite la fabricación de un filtro de color proteico empleando técnicas de impresión 3D. Los autores de este trabajo han demostrado que el nuevo filtro proteico cumple con los requisitos necesarios para la fabricación de pantallas con un contraste de color y un brillo dentro de los parámetros de calidad exigidos para su comercialización. Esta tecnología también permitiría reemplazar los LED basados en la retroiluminación de las pantallas.

Teniendo en cuenta estas posibles aplicaciones, este nuevo material puede permitir en un futuro no muy lejano el desarrollo de biopantallas de bajo consumo, de bajo coste de producción, con una alta calidad de imagen y ecológicamente sostenibles. Los detalles se publican en la revista:

“Advanced Functional Materials 2016”

(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201601792/abstract)

Una de las revistas más prestigiosas de la ciencia de los materiales a nivel internacional.

El Dr. Rubén D. Costa Riquelme, es un investigador español nacido en Valencia, galardonado recientemente con tres prestigiosos premios nacionales e internacionales, por sus contribuciones al desarrollo de sistemas de iluminación ecológicos basados en el uso de proteínas emisoras de luz. Este nuevo campo de la bioelectrónica se centra en el desarrollo de una nueva generación de biomateriales, cuya aplicación puede abaratar el coste de producción y mejorar las prestaciones de las bombillas de última generación o LED.

El Dr. Costa, realizó su tesis doctoral en la Universidad de Valencia siendo acreedor de varios premios a nivel regional, nacional e internacional (Premio de Doctorado de la Universidad de Valencia 2010; Premio Nanomatmol 2011 a la mejor Tesis Doctoral a nivel nacional por la Real Sociedad Española de Química; y premio a la mejor Tesis Doctoral 2011 a nivel internacional por la prestigiosa International Union of Pure and Applied Chemistry), por sus contribuciones al desarrollo de una nueva generación de dispositivos electroluminiscentes basados en moléculas sintéticas.

Esquema de una pantalla con un sistema de retroilumimación y filtros de colores basados en proteínas luminiscentes.

Esquema de una pantalla con un sistema de retroilumimación y filtros de colores basados en proteínas luminiscentes.

Después de un periodo post-doctoral en la Universidad de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, el Dr. Costa fundó un nuevo grupo de investigación, centrado en el uso y desarrollo de nuevos biomateriales para sistemas de iluminación sostenibles y de alto rendimiento. Su principal motivación es, la necesidad que demanda la sociedad por sistemas de iluminación, que sean más baratos, ecológicos y saludables, en comparación con los actuales LED cuyo precio es todavía elevado y presentan una calidad del color, que a día de hoy no es del todo óptima.

Para soslayar estas limitaciones, el grupo del Dr. Rubén Costa, ha desarrollado recientemente una serie de innovadores métodos que permiten usar una nueva generación de biomateriales en la tecnología de iluminación presente en nuestras casas. Su línea de investigación se centra en el uso de proteínas luminiscentes, ya que éstas poseen características de interés industrial, como son rendimientos de emisión superiores al 75% lo que asegura una alta eficiencia, un ancho de banda de emisión muy pequeño (30-50 nm) lo que implica una alta calidad de color, y una degradación que no implica cambios de color significativos. Tenemos que añadir que, los biomateriales son fáciles de producir y muy baratos, ya que, en su fabricación se emplean cultivos bacterianos que nunca se agotan y que se pueden utilizar en cualquier lugar del mundo. Hay que recordar que, su uso en aplicaciones tecnológicas fuera del ambiente nativo ha supuesto un reto durante las dos últimas décadas. De hecho, fue el Premio Nobel de 2008, el Dr. Roger Y. Tsien, que descubrió las proteínas luminiscentes, quien afirmó que “al igual que el LED empezó como un pequeño indicador luminoso y hoy es la tecnología del futuro, las proteínas luminiscentes han iniciado su camino como marcadores biológicos y tienen un brillante futuro tecnológico”.

El grupo del Dr. Costa, ha hecho realidad este futuro creando nuevos conceptos de iluminación que combina el LED azul descubierto por el Premio Nobel de 2014, Dr. Shuji Nakamura, con proteínas luminiscentes que transforman parcialmente la luz azul en varios colores como verde, naranja y rojo. Esta tecnología ha sido bautizada como el Bio-LED y combina las mejores características de dos mundos, las altas prestaciones de iluminación y bajo consumo de los LED azules y el excelente brillo, color y bajo coste de producción de las proteínas, para desarrollar LED blancos baratos, ecológicos y saludables.

Su desarrollo, se basa en una combinación de polímeros donde las proteínas luminiscentes permanecen estables por años, permitiendo su empleo en la fabricación en dispositivos luminiscentes como LED y pantallas de televisores, móviles, etc. Sus contribuciones científicas han sido publicadas en prestigiosas revistas internacionales y han tenido un enorme impacto tanto a nivel científico como industrial. El impacto causado por estos avances ha hecho que el Dr. Costa haya sido recientemente galardonado con varios premios nacionales e internacionales. Entre ellos, cabe destacar el premio a los Jóvenes Investigadores 2016 por la Real Sociedad de Química Española, la medalla de plata para Jóvenes Investigadores Europeos otorgado por la European Association for Chemical and Molecular Sciences (EuChemMS) y finalmente el premio LpS 2016 otorgado por la relevancia e impacto que el Bio-LED representa a nivel industrial. Su grupo acaba de demostrar cómo expandir esta tecnología al desarrollo de filtros de color con píxeles hechos con proteínas luminiscentes, lo que ha sido recientemente bautizado como el Bio-display.

Estos premios están considerados como el más alto reconocimiento para investigadores por debajo de 35 años y son evidencia de la calidad científica del grupo dirigido por el Dr. Rubén Costa que ha logrado convertir un sueño en una realidad, es decir, usar proteínas luminiscentes que reemplazaran los materiales más caros y tóxicos presentes en los sistemas de iluminación de nuestras casas, teléfonos móviles, tabletas, ordenadores, etc.

Por tanto, queda patente, cómo el empuje de este grupo y de otros pioneros, nos acerca cada día más a un saludable Bio-futuro.

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