Imagínese un futuro iluminado por LED bioluminiscentes que no solo utilicen menos recursos de la Tierra para su fabricación, sino que también mejoren su estado de ánimo imitando la luz del sol a lo largo del día.
Podría estar más cerca de lo que cree, según el Dr. Rubén Costa, un joven científico que considera que estamos al borde de una revolución de la biotecnología y la nanotecnología que podría cerrar la brecha entre la naturaleza y el entorno creado por el ser humano.
“Lo que tenemos que hacer es construir un puente entre estos materiales que conocemos y comprendemos, y las tecnologías”, afirma el investigador español en una entrevista con el Foro. “Esta será la próxima revolución, así lo creo.”
Costa, que figura en la lista de MIT Technology Review’s Innovators under 35, ha sido pionero en la estabilización de proteínas emisoras de luz presentes en las medusas, fuera de una solución acuosa, para crear LED biológicos.
“Recuerdo este momento muy preciso en que logramos despegar el caucho del vidrio, ponerlo bajo la luz UV y seguía siendo verde”, dice sobre su momento ‘eureka’ en 2015, cuando las proteínas fluorescentes preparadas en bacterias “sobrevivieron en un medio casi sin agua”, manteniendo la estructura y la funcionalidad para emitir luz.
Tan entusiasmado estaba con el descubrimiento que Costa tuvo que acudir al médico al día siguiente, porque había pasado demasiado tiempo observando la creación de su equipo, el polímero fluorescente, bajo luz UV, y sufría sequedad ocular: “El médico solo me dijo: ‘¡No lo vuelva a hacer!’”
Afrontar lo imposible
La investigación de Costa reúne el trabajo de varios científicos galardonados con el Premio Nobel. El fallecido químico orgánico y biólogo marino japonés profesor Osamu Shimomura recibió el Premio Nobel de Química en 2008 por su descubrimiento de la proteína verde fluorescente (GFP) en las medusas.
El profesor Martin Chalfie, que compartió el premio, logró extraer el ADN que expresaba la proteína y modificar genéticamente a un gusano para que brillara. Los biólogos moleculares utilizan actualmente las GFP para rastrear genes.
En 2014, el ingeniero electrónico estadounidense profesor Shuji Nakamura recibió el Premio Nobel de Física, junto con otros dos colegas, por la invención del ‘diodo emisor de luz azul eficiente’ o LED, que Costa califica como la “tecnología más poderosa que jamás hayamos creado los seres humanos”.
Tras escuchar una charla sobre proteínas fluorescentes en una conferencia, Costa se sintió intrigado por el “material hermoso” y por la idea de utilizarlo de algún modo para alimentar luces. El desafío de conquistar ‘lo imposible’ – estabilizar las proteínas fluorescentes – era demasiado tentador como para resistirse.
“Nunca pensé que se pudiera fabricar tecnología con biocompuestos”, admite. “Vengo de un mundo en el que básicamente todos me dicen que lo biológico no es lo bastante estable. Pero son muy estables.”
Hacia LED sostenibles
Para fabricar los LED blancos que iluminan nuestros hogares, teléfonos móviles y pantallas de ordenador, el chip azul de Nakamura se recubre con un compuesto que filtra la intensa luz azul. Este filtro es un fósforo amarillento hecho de materiales de tierras raras, como el itrio, uno de los mejores materiales para convertir a una longitud de onda menor la potente luz azul.
Pero, a medida que los LED dominan cada vez más la industria mundial de la iluminación porque son eficientes y los costes de fabricación están bajando, se prevé que alcancemos un pico de demanda de itrio en algún momento entre 2019 y 2022.
Eso es un problema porque, como indica su nombre, el itrio es escaso, debe extraerse de minas y solo existe en determinados países, por lo que la extracción y el transporte tienen un impacto ambiental.
Aquí es donde entran en juego los BioLED. Una vez que el equipo de Costa creó el bio-filtro de color, que sigue brillando con intensidad en la actualidad, sus reflexiones se centraron en sus ventajas y aplicaciones.
“Luego pasamos al siguiente paso: la sostenibilidad. Las ventajas de las proteínas son que pueden producirse en cualquier parte del mundo, mediante la bacteria E. coli, que es una tecnología libre de patentes, y es muy barato hacerlo.”
La tecnología todavía está en desarrollo. El equipo de Costa ha llevado su BioLED de 100 horas de estabilidad a 1.700, pero su objetivo es de 5.000 a 10.000 horas de luz, algo que, según él, es posible.
Ayuda para personas con TAE
El bio-filtro de color no solo puede reducir eficazmente el componente azul intenso, sino que la proteína se regenera al apagar la luz.
Costa afirma: “Los materiales biológicos tienen una cualidad única: son capaces de autorrepararse. Así que uno se va a dormir y la proteína recupera su estructura.”
Explica que esto hace posible modular el color del LED a lo largo de un espectro para imitar la luz cambiante del sol a lo largo del día.
“Imagine que tiene la proteína que por la mañana brilla intensamente en la parte verde-amarilla; luego, otra proteína que se intensifica en la parte naranja... Y después se va a dormir y las proteínas verde-amarillentas empiezan a recuperarse.”
Costa lo llama “pensamiento ilusorio”, pero admite que están trabajando en un LED que puede simular la luz solar y que está “bastante seguro” de que la tecnología ayudaría a quienes padecen trastorno afectivo estacional (TAE), hasta un tercio de las personas solo en el Reino Unido, durante los meses de invierno.
Ventanas solares
Mientras el mundo intenta responder a la rápida urbanización de forma sostenible, el 68 % de la población mundial vivirá en ciudades en 2050, el bio-filtro de color tiene otra posible aplicación.
Costa y su equipo acaban de empezar a trabajar en ventanas solares, que tendrían un panel de bio-filtro entre dos capas de vidrio.
Las proteínas fluorescentes del panel convertirían la parte azul ultravioleta de alta energía de la luz solar en la parte naranja-rojiza de baja energía del espectro y la dirigirían hacia pequeñas células solares en las esquinas de las ventanas, donde una conexión USB permitiría cargar teléfonos móviles y otros dispositivos.
El futuro de las ventanas solares en el impulso hacia los edificios de energía cero es prometedor, según científicos de Estados Unidos, que calculan que entre cinco y siete mil millones de metros cuadrados de superficie de vidrio podrían utilizarse para cubrir el 40 % de la demanda energética del país.
Si una medusa puede inspirar tantas innovaciones, imaginemos lo que el resto del océano podría ofrecernos. Costa menciona la proteína reflectina, que permite a las sepias reflejar la luz como forma de camuflaje, y al oso de agua, que puede sobrevivir a temperaturas extremas y a la radiación.
“Hay muchas, muchísimas aplicaciones que ya existen en la naturaleza y que quizá podamos estudiar para estabilizar los materiales”, afirma Costa. “El puente de la naturaleza a la tecnología es lo que necesitamos.”
