Tecnología de piel inteligente puede monitorear continuamente señales biológicas
Actualizado el 17 Jun 2024
La piel puede servir como un indicador crucial de la salud; por ejemplo, la piel seca puede indicar la necesidad de hidratación. Tanto los médicos como los pacientes podrían beneficiarse enormemente si la piel pudiera ser aún más informativa, capaz de monitorear y comunicar activamente datos de salud vitales como los niveles de glucosa en el sudor o la frecuencia cardíaca. Si bien ha habido avances notables en los monitores de salud portátiles, hasta ahora no se ha desarrollado un dispositivo electrónico multifuncional con interfaz cutánea que se adhiera intrínsecamente a una plataforma material singular y rentable. Los investigadores han introducido ahora un dispositivo sensor adhesivo que se puede aplicar directamente a la piel humana para realizar un seguimiento continuo de los indicadores de salud del usuario.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería de Penn State (University Park, PA, EUA) han diseñado la llamada "piel inteligente" que puede reprogramarse para detectar una variedad de métricas de salud e incluso es reciclable. Los métodos tradicionales para crear componentes electrónicos flexibles suelen ser complejos y costosos y, a pesar de la flexibilidad de los materiales base, los propios sensores a menudo carecen de esta flexibilidad. Esta rigidez puede restringir la flexibilidad general del dispositivo. Este equipo de investigación había trabajado previamente con sensores de biomarcadores fabricados a partir de grafeno inducido por láser (LIG, por sus siglas en inglés), que se elabora mediante redes 3D con patrones láser sobre un sustrato poroso y flexible, convirtiendo el material en grafeno conductor. Sin embargo, estos sensores basados en LIG no se estiran naturalmente sobre sustratos flexibles, lo que limita su capacidad de amoldarse a la piel humana, que cambia constantemente de forma, temperatura y humedad. Esta capacidad es particularmente importante durante las actividades físicas cuando se monitorean cosas como la frecuencia cardíaca y la actividad nerviosa, o los niveles de glucosa en el sudor. Aunque es posible transferir LIG a materiales estirables, esto a menudo disminuye la calidad del grafeno.
En consecuencia, programar estos sensores para monitorear señales biológicas o electrofisiológicas específicas puede ser un desafío y la calidad de la detección frecuentemente se ve comprometida. Un enfoque preferible implica incrustar 3D LIG poroso directamente sobre un sustrato estirable. Los investigadores lograron esto creando un compuesto adhesivo que incorpora polvos de poliimida, que mejoran la fuerza y la resistencia al calor, y polietilenimina etoxilada dispersa en un elastómero de silicona. Este compuesto estirable no solo admite la creación directa de 3D LIG sino que también permite que el dispositivo se adhiera perfectamente a los distintos contornos de la piel humana. Se ha demostrado experimentalmente que el dispositivo monitorea varios biomarcadores como el pH, la glucosa y el lactato en el sudor y puede funcionar con tanta eficacia como las pruebas tradicionales de punción en el dedo.
Además, el dispositivo se puede reprogramar fácilmente para medir la frecuencia cardíaca, la actividad nerviosa y los niveles de glucosa en tiempo real. La reprogramación implica simplemente aplicar cinta transparente a las redes LIG y despegarla, lo que permite volver a aplicar láser al sustrato hasta cuatro veces antes de que se vuelva excesivamente delgado. Más allá de este punto, todo el dispositivo es reciclable. Es importante destacar que el dispositivo mantiene su adhesividad y funcionalidad incluso sobre la piel húmeda o sudorosa. Actualmente funciona con batería o mediante nodos de comunicación de campo cercano, similar a un cargador inalámbrico, pero existe la posibilidad de que eventualmente recolecte energía y transmita datos a través de frecuencias de radio. Esto lo transformaría en una plataforma autosuficiente, elástica y adhesiva para el seguimiento continuo de la salud. El equipo está planeando nuevos desarrollos en colaboración con profesionales médicos para eventualmente utilizar esta tecnología para controlar enfermedades como la diabetes y monitorear condiciones como infecciones o heridas.
"Nos gustaría crear la próxima generación de piel inteligente con sensores integrados para monitorear la salud, además de evaluar cómo los distintos tratamientos impactan la salud, y módulos de administración de medicamentos para el tratamiento a tiempo", dijo Huanyu "Larry" Cheng, profesor asociado James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State.
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