[ad_1]
(Foco Nanowerk) Los sensores electrónicos portátiles han despertado un gran interés en los últimos años, ya que tienen el potencial de revolucionar la monitorización de la salud y la atención médica. Utilizando parches flexibles colocados sobre la piel, estos dispositivos podrían rastrear los signos vitales, el movimiento y la actividad muscular en la vida cotidiana. Estos datos disponibles las 24 horas del día, los 7 días de la semana, podrían permitir el diagnóstico temprano de enfermedades emergentes y el tratamiento preventivo inmediato.
Sin embargo, los sensores actuales enfrentan grandes desafíos cuando se trata de lograr la combinación de alta sensibilidad, tiempo de respuesta rápido, límites de detección bajos y estabilidad a largo plazo necesarios para un rendimiento de grado médico.
En un nuevo estudio publicado en Materiales funcionales avanzados Los investigadores utilizan el complejo sistema sensorial de la piel humana, que consta de diferentes capas y receptores que son cruciales para la percepción táctil. para mejorar las capacidades del sensor.
En particular, se centran en la microestructura espinosa de la piel en la epidermis y la dermis, estructuras esenciales para la amplificación de señales sensoriales y su transmisión a mecanorreceptores.
Inspirándose en la forma en que estas estructuras microscópicas de la piel humana concentran la presión y extienden el área de detección para amplificar las señales táctiles, el equipo utilizó una plantilla basada en la superficie espinosa de los granos de polen de crisantemo. Crearon una piel de polímero flexible con protuberancias parecidas a las de un erizo de mar y las recubrieron con láminas conductoras de electricidad de un espesor nanométrico, lo que le dio al material una respuesta a la presión y una sensibilidad excepcionales.
El nuevo enfoque ofrece una solución prometedora al combinar las propiedades únicas de MXene, un nanomaterial 2D, con una novedosa matriz elastomérica inspirada en la microestructura de la piel humana. El uso de este material para recubrir microestructuras sintéticas similares a la piel ayuda a concentrar las presiones aplicadas y ampliar el rango de detección eléctrica.
El sensor utiliza nanohojas MXene para lograr estas métricas de rendimiento excepcionales. MXene es conocido por su conductividad eléctrica, hidrofilicidad, propiedades mecánicas y rendimiento fototérmico. Cuando las nanohojas MXene se integran en la matriz elastomérica, mejoran significativamente la conductividad eléctrica del sensor y otras propiedades esenciales. El dispositivo resultante mostró un rendimiento que rivalizaba o superaba el de la piel humana, respondiendo rápidamente a presiones mínimas con una sensibilidad de hasta 0,12 pascales.
El estudio también aborda la discrepancia mecánica entre los elastómeros tradicionales utilizados en sensores y la piel humana. La mayoría de los elastómeros exhiben propiedades mecánicas que no son totalmente compatibles con la piel humana, lo que genera poca comodidad y variaciones en el rendimiento del sensor.
Los investigadores abordaron este problema desarrollando un nuevo elastómero llamado PBAPU. Compuesto por adipato de polibutileno, diisocianato de 4,4-difenilmetano y 1,4-butanodiol, el PBAPU tiene un módulo elástico muy cercano al de la piel humana y ofrece alta resistencia a la tracción y alargamiento. Esto garantiza un mejor ajuste, más comodidad y una recopilación de datos más fiable al llevar puesto el sensor.
Las pruebas han demostrado que el sensor puede detectar una amplia gama de estímulos que representan señales fisiológicas o estrés ambiental. Supervisó con éxito el pulso de la muñeca, los movimientos del cuello, los golpecitos con los dedos en código Morse y la presión de los neumáticos de las bicicletas. Integrado en un parche de piel artificial, el conjunto de sensores también podría representar espacialmente puntos de presión causados por el contacto físico.
Es importante destacar que la piel electrónica flexible puede medir contracciones musculares sutiles mediante señales de electromiografía y registrar datos de electrocardiograma para la monitorización cardíaca. Su rendimiento igualaba o superaba al de los electrodos médicos, aunque la aplicación era más sencilla y sin adhesivos. Esto podría permitir un seguimiento continuo de la salud durante el ejercicio y otros estilos de vida activos.
Además de sus capacidades de diagnóstico, la piel electrónica ofrece funcionalidad terapéutica. El recubrimiento conductor de nanohojas convierte la luz del infrarrojo cercano en calor. La irradiación de un parche cutáneo adherido a la muñeca produjo un calentamiento localizado que mejoró la flexibilidad de las articulaciones y redujo el dolor de la artritis. Los efectos se controlaron en tiempo real mediante las lecturas de presión del sensor.
Este calentamiento fototérmico puede alcanzar rápidamente temperaturas terapéuticas aproximadamente un minuto después de la exposición. Además, permite un control preciso del nivel de calor ajustando la luz. Los investigadores demostraron que el parche resistió de manera confiable ciclos de calentamiento repetidos sin deteriorarse.
La integración de terapia y monitorización en un dispositivo portátil ofrece un enfoque innovador para la gestión de la salud personalizada. Los usuarios podrían recibir un diagnóstico que conduzca a un tratamiento específico, así como información directa que confirme los efectos terapéuticos. Al reunir tecnologías complementarias, la electrónica flexible podría abrir nuevas posibilidades para la atención continua.
Este trabajo representa una prueba temprana de concepto para esta tecnología dual de diagnóstico y terapéutica, pero se necesita más investigación para evaluar su rendimiento y seguridad mediante ensayos clínicos. Si el enfoque tiene éxito, podría permitir una nueva generación de dispositivos sanitarios portátiles inteligentes que vayan más allá del seguimiento pasivo y desempeñen un papel más activo en el mantenimiento del bienestar.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
¡Conviértete en un escritor invitado destacado! Únase a nuestro gran y creciente grupo de escritores invitados. ¿Acaba de publicar un artículo científico o le gustaría compartir otros desarrollos interesantes con la comunidad de nanotecnología? Cómo publicar en nanowerk.com.
[ad_2]