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(Noticias de Nanowerk) Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han creado un sensor de sudor delgado, flexible y estirable que puede mostrar los niveles de glucosa, lactato, sodio o pH de su sudor con solo presionar un botón. Es el primer dispositivo portátil independiente que permite que el sensor funcione de forma independiente, sin conexión por cable o inalámbrica a dispositivos externos, para visualizar el resultado de la medición directamente.
Este parche de piel suave completamente integrado se presenta en un artículo en naturaleza electronica («Una plataforma de sensor de sudor epidérmico estirable con batería impresa integrada y pantalla electrocrómica») que refleja el estado del arte en sensores portátiles.
![parche sensor flexible](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61606_1.jpg)
El diseño único de este pequeño parche en forma de disco contiene todos los componentes esenciales necesarios para los sensores portátiles: dos baterías integradas, un microcontrolador, sensores, los circuitos y una pantalla extensible. Esto incluye todas las funcionalidades esenciales para el funcionamiento de un sensor portátil, desde encenderlo hasta mostrar los resultados al usuario.
«Estamos tratando de abordar el problema de la practicidad de las tecnologías portátiles», dijo el coautor Lu Yin, investigador postdoctoral en nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. «Hemos visto tantos inventos de sensores portátiles con gran novedad pero practicidad limitada».
Una colección de logros de ingeniería.
Todos los componentes y conexiones, con la excepción del microcontrolador, se fabrican con tintas elastoméricas personalizadas que se pueden serigrafiar en películas de polímero estirables con alto rendimiento y rentables.
«Esto requiere que todos los oficios técnicos se unan», dijo Yin. “Se necesitan expertos en sensores, pantallas, baterías, diseño de circuitos e ingeniería de firmware para que todos los módulos funcionen en este pequeño parche. Su integración también requiere habilidades en electroquímica, ingeniería eléctrica y ciencia de los materiales para garantizar que todas las partes sigan siendo estirables, confiables y compatibles para trabajar juntas sin problemas como un sistema”.
La fabricación del dispositivo involucró la formulación de nueve tipos de tintas estirables diferentes que se usaron para imprimir las baterías, los circuitos, los paneles de visualización y los sensores. El dispositivo se imprime capa por capa en láminas de polímero estirables y luego se ensambla con hidrogeles y chips de microcontroladores para formar el dispositivo completo. Cada tinta ha sido optimizada para garantizar su compatibilidad con otras capas mientras equilibra su rendimiento eléctrico, químico y mecánico.
En el estudio, los investigadores pusieron a prueba cada componente del sistema para garantizar que la pantalla, los sensores y las baterías pudieran estirarse hasta un 20 % durante 1500 ciclos sin afectar su rendimiento. Las baterías también tenían suficiente energía para garantizar que el parche se pudiera usar de forma continua durante más de una semana.
Para demostrar los múltiples usos de este parche, los investigadores demostraron cuatro tipos diferentes de sensores que funcionan con este parche: un sensor de sodio, un sensor de pH, un sensor de lactato y un sensor de glucosa. Cada tipo de sensor midió diferentes métricas en el sudor durante el ejercicio.
«La adición de la pantalla flexible y la batería estirable tiene un tremendo impacto en las plataformas prácticas de microsensores epidérmicos», dijo Joseph Wang, profesor de nanoingeniería en UC San Diego. Es autor principal del nuevo artículo y codirector del Centro de sensores portátiles de UC San Diego.
El equipo de investigación también construyó un canal fluídico hecho de adhesivos para pegar el parche a la piel y absorber el sudor sobre el sensor. El parche contiene un pequeño mecanismo de interruptor y la concentración de la sustancia química que se está midiendo se muestra inmediatamente en la pantalla tan pronto como el usuario presiona el interruptor.
Visualización rápida en una pantalla portátil
Para visualizar los datos de los sensores, los autores diseñaron un tipo especial de pantalla que no emite luz llamada pantalla electrocrómica. La tecnología de visualización electrocrómica utiliza materiales que cambian de color cuando se aplica un pulso eléctrico, lo que tiene un consumo de energía muy bajo.
![Parche de sensor flexible con cambio de color](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61606_2.jpg)
«Es una tecnología relativamente nueva que ahora se ve en las ventanas que cambian de color en los edificios y en algunos aviones. Pero el desafío es hacerlo compatible con el factor de forma suave y elástico del resto del parche», dijo Yin. «Las pantallas electrocrómicas típicas requieren paneles de vidrio transparente con un revestimiento conductor pero quebradizo que no funciona con nuestro dispositivo».
En cambio, los investigadores recurrieron a un polímero especial llamado PEDOT:PSS, que es conductor y posee propiedades electrocrómicas. El polímero cambia de azul cielo claro a azul marino oscuro cuando se aplica un voltaje negativo y se invierte cuando se aplica un voltaje positivo. Al hacer coincidir la formulación de la tinta con PEDOT:PSS, podemos hacer que se pueda imprimir y estirar”.
Los investigadores diseñaron un panel de visualización compuesto por 10 píxeles individuales que están programados para mostrar la concentración de los productos químicos activando diferentes números de píxeles. Después de optimizar las condiciones de funcionamiento de la pantalla, cada píxel se puede encender y apagar de forma reversible durante más de 10 000 ciclos, más que suficiente para semanas de funcionamiento. Los píxeles solo necesitan 500 ms para cambiar de color y consumen un promedio de 80 microvatios de electricidad durante este tiempo. Debido a que no requiere electricidad para mantener el resultado mostrado, la pantalla es muy eficiente energéticamente para su aplicación.
Próximos pasos
Actualmente, el parche no es recargable y funciona con un sensor a la vez. El equipo quiere desarrollar una versión más avanzada del sensor integrado que permitirá que la batería sea recargable e incluso recolecte energía del cuerpo para prolongar la vida útil del parche portátil. Los sensores multiplex que se colocan en la piel, que miden simultáneamente múltiples biomarcadores, también se pueden agregar al sistema para brindar una visión completa del estado fisiológico del usuario.
«Este es un gran paso adelante en el desarrollo de dispositivos electrónicos portátiles que sean convenientes y fáciles de usar, pero esto es solo el comienzo», comentó Yin.
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