Termistores permeables al gas ultraflexibles allanan el camino para sensores médicos sobre la piel y dispositivos implantables

Los sensores médicos en la piel y los dispositivos de salud portátiles son herramientas importantes para el cuidado de la salud que deben ser increíblemente flexibles y ultradelgadas para que puedan moverse con el cuerpo humano. Además, la tecnología debe resistir la flexión y el estiramiento, y debe ser permeable a los gases para evitar la irritación y la incomodidad. Otra característica de seguridad importante de estos dispositivos es el circuito de protección contra sobrecalentamiento requerido. Esto evita que los dispositivos se sobrecalienten y quemen al usuario. Cualquier nueva tecnología desarrollada para estos sensores debe satisfacer estas necesidades. Ahora, los investigadores han demostrado cómo se puede construir un componente importante de los sensores, llamado termistor, utilizando una malla de fibra ultrafina, allanando el camino para termistores ultraflexibles y permeables al gas que pueden actuar como componentes de prevención de sobrecalentamiento para dispositivos implantables o sobre la piel.

Los termistores son un tipo de resistencia cuya resistencia varía significativamente con la temperatura. Para que dichos termistores se apliquen a sensores médicos sobre la piel, deben poder estirarse y doblarse hasta varios cientos de micrómetros. Es importante que esta tecnología pueda envolver una aguja porque a veces los sensores se anexan a las agujas o catéteres mientras están en uso. Para lograr esto, el termistor debe ser ultradelgado. Investigadores de la Universidad de Shinshu (Matsumoto, Japón) utilizaron una técnica llamada electrohilado para crear el termistor PTC de polímero tipo malla ultrafina. El electrohilado usa electricidad para crear fibras diminutas. Las fibras pueden estar hechas de diferentes materiales, pero en este caso, los investigadores utilizaron una solución de materiales compuestos.

Luego, se probó el termistor de nuevo diseño para garantizar que lograra capacidades de desempeño similares a las de la tecnología existente. Al igual que los termistores tipo película típicos, el termistor PTC de polímero tipo malla mostró un aumento en la resistencia de tres órdenes de magnitud, una característica importante para evitar el sobrecalentamiento y las quemaduras. Al usar una estructura de malla, el termistor también logró transparencia, lo que puede ayudar a que los sensores se fundan con la piel y la permeabilidad al gas. La permeabilidad al gas es necesaria porque previene la irritación y la incomodidad. Incluso con esta capa de fibra, que sirve para dar estructura a la malla y detección de calor adicional, el termistor se mantuvo muy delgado. Esto es importante porque cualquier dispositivo médico portátil debe poder resistir la flexión y, cuando el dispositivo es más delgado, hay menos tensión.

Aunque esta tecnología de termistor es prometedora, será necesario realizar más investigaciones para hacer de esta una alternativa confiable a la tecnología de termistor actual en el mercado. Un termistor tipo malla tiene un alto valor de resistencia inicial debido a su número limitado de rutas conductoras. Los investigadores propusieron que reducir el espacio entre las fibras en la malla o aumentar la cantidad de electrodos utilizados podría resolver algunos de estos problemas, pero será necesario realizar pruebas adicionales.

“Se requiere un circuito de protección contra sobrecalentamiento para evitar la quema de tejidos biológicos durante el funcionamiento de los dispositivos flexibles. Un candidato es un termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) de polímero, que tiene un gran aumento en la resistencia dentro de un rango de temperatura estrecho”, dijo Chihiro Okutani, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Shinshu en Japón. “Para que dichos termistores se apliquen a los sensores médicos sobre la piel, deben poder estirarse y doblarse hasta varios cientos de micrómetros. Sin embargo, todavía es un desafío fabricar un termistor cuyas características de temperatura no se deterioren cuando se enrolla alrededor de una aguja con un radio de curvatura de menos de 1 mm”.

“También demostramos el funcionamiento del termistor envuelto alrededor de una aguja de 280 micrómetros al fabricar las fibras en una película ultrafina de 1,4 micrómetros”, agregó Okutani. “Nuestro siguiente paso son las aplicaciones prácticas de los termistores desarrollados. Creemos que los termistores ultraflexibles y permeables al gas pueden actuar como componentes de prevención de sobrecalentamiento para dispositivos implantables o sobre la piel, lo que hace que los sensores flexibles sean más seguros de operar y más confiables”.

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Universidad de Shinshu