Sensor extensible mide de forma no invasiva biomarcadores cutáneos en estado sólido
Actualizado el 23 Aug 2024
La detección temprana de enfermedades depende de la monitorización rápida, continua y conveniente de biomarcadores vitales. Por lo general, la monitorización de biomarcadores (sustancias químicas en la sangre u otros fluidos corporales que indican estados celulares u orgánicos) requiere el análisis de biofluidos como la sangre, la orina y el sudor. Estos métodos tradicionales son eficaces, pero no están exentos de inconvenientes: los análisis de sangre son invasivos e incómodos; el análisis de orina carece de capacidad en tiempo real y puede ser engorroso; y si bien el análisis del sudor no es invasivo, a menudo requiere el uso incómodo de medicamentos para inducir el sudor, en particular en personas inactivas. Estos desafíos pueden dificultar el diagnóstico temprano y el tratamiento de las enfermedades. Una nueva categoría de indicadores de salud, conocidos como biomarcadores epidérmicos de estado sólido (SEB, por sus siglas en inglés), que se encuentran en la capa más externa de la piel, el estrato córneo, e incluyen sustancias como el colesterol y el lactato, muestra gran potencial. Estos biomarcadores se correlacionan fuertemente con afecciones como las enfermedades cardiovasculares y la diabetes, pero su detección directa ha sido tradicionalmente difícil debido a la falta de vías efectivas de transporte de carga en electrodos sólidos para la detección electroquímica de los SEB.
Ahora, los investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS, Singapur) y la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR, Singapur) han logrado un gran avance con el desarrollo de un nuevo sensor que permite el monitoreo continuo y en tiempo real de los SEB directamente en la piel. Este sensor emplea un método no invasivo para medir indicadores de salud como el colesterol y el lactato. Cuando el sensor se aplica a la piel, los SEB se disuelven en una capa de hidrogel iónicamente conductor (ICH), se difunden a través de la matriz del hidrogel y experimentan reacciones electroquímicas catalizadas por enzimas en una capa de hidrogel conductora electrónica (ECH). El sensor luego transmite de forma inalámbrica los datos fisiológicos relevantes a una interfaz de usuario externa a través de una placa de circuito impreso flexible, asegurando así una monitorización continua.
Este sensor portátil, elástico y basado en hidrogel supera las limitaciones asociadas con la dependencia tradicional de las muestras de biofluidos. Los hallazgos del equipo, publicados en la revista Nature Materials, sugieren que el sensor tiene un potencial significativo para su aplicación generalizada en la monitorización de la salud mediante dispositivos portátiles, permitiendo la detección temprana de condiciones graves de salud como enfermedades cardiovasculares y accidentes cerebrovasculares. También puede ser utilizado en la gestión de enfermedades crónicas, el cribado de salud a gran escala, la monitorización remota de pacientes y la fisiología deportiva. Además, el sensor se fabrica utilizando un proceso de serigrafía escalable y rentable, lo que aumenta su viabilidad para un uso más amplio.
“Nuestra novedosa tecnología de sensores de hidrogel es clave para permitir la detección no invasiva de biomarcadores de estado sólido en la piel”, afirmó el profesor adjunto Liu Yuxin del Instituto de Innovación y Tecnología en Salud de la NUS. “La capa de hidrogel conductora iónica que disuelve los biomarcadores y la capa de hidrogel conductora electrónica facilitan el transporte de electrones. Esta bicapa permite la solvatación secuencial, la difusión y la reacción electroquímica de los biomarcadores. Otro punto a destacar es la sensibilidad del sensor, que permite detectar biomarcadores con precisión incluso en pequeñas cantidades”.
“Este sensor portátil es el primero del mundo que puede monitorear biomarcadores en piel seca o no sudorosa”, agregó la Dra. Yang Le, científica principal y jefa del Departamento de Sensores y Electrónica Flexible del IMRE de A*STAR. “El novedoso electrodo de hidrogel bicapa del sensor interactúa con los biomarcadores de nuestra piel y los detecta, lo que les permite convertirse en una nueva clase de indicadores de salud. El diseño extensible también mejora la comodidad y la precisión, al adaptarse a la elasticidad natural de nuestra piel. Esta innovación puede cambiar la forma en que abordamos el control de la salud y el estilo de vida, en particular para quienes viven con enfermedades crónicas que requieren un control constante de la salud”.
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