[ad_1]
(Foco Nanowerk) A medida que las tecnologías portátiles como los relojes inteligentes y los rastreadores de actividad física se vuelven más populares, los científicos buscan formas de hacer que estos dispositivos sean más respetuosos con el medio ambiente. Actualmente, la mayoría de los wearables están fabricados con componentes no biodegradables, lo que significa que, una vez desechados, acaban en los vertederos. Pero investigadores de la Universidad Normal de Beijing en China han desarrollado una «piel ionotrónica» totalmente biodegradable y biocompatible que podría hacer posible el uso de dispositivos electrónicos portátiles temporales y reducir los desechos electrónicos.
El término «ionotrónico» se refiere a materiales que conducen iones (partículas cargadas) en lugar de electrones como la electrónica tradicional. En lugar de que los electrones viajen a través de cables, los iones viajan a través del material de la piel para transportar señales.
El equipo informó sus hallazgos en Materiales funcionales avanzados («Una piel ionotrónica totalmente biodegradable y biocompatible para electrónica transitoria»).
El objetivo final de esta investigación es desarrollar dispositivos electrónicos con huella cero de desechos electrónicos, un paso crucial para frenar la creciente crisis de desechos electrónicos.
![Representación esquemática de la doble retina ionotrónica diseñada y su mecanismo de degradación en solución PBS.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id63573_1.jpg)
La piel ionotrónica está formada por una doble red de polielectrolitos naturales, sustancias que se encuentran en la naturaleza y que conducen iones. Una red contiene quitosano carboxilado (CCS), un derivado del quitosano que es biocompatible y ofrece buena conductividad iónica. La otra red consiste en metacrilato de sulfobetaína polimerizado (SBMA), un material zwitteriónico que también es biocompatible. Según los investigadores, los polímeros SBMA y CCS están unidos mediante enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas para formar un material de piel unitario. La glicerina y el agua en el sistema de mezcla mejoran la reticulación y hacen que la red sea más cohesiva.
La rápida degradación de la piel ionotrónica, una ventaja clave, se atribuye a la naturaleza soluble en agua del quitosano carboxilado (CCS) y a los fragmentos fácilmente separables del metacrilato de sulfobetaína polimerizado (SBMA).
El material está diseñado para degradarse rápidamente en soluciones salinas porque los enlaces electrostáticos entre las moléculas de SBMA pueden romperse fácilmente, separando los dímeros de zwitterión. Cuando se sumerge en solución salina tamponada con fosfato a temperatura ambiente, el material se desintegra por completo en sólo 3 días. Esto es mucho más rápido que intentos anteriores con materiales como la policaprolactona y el ácido poliláctico (PLA), que tienen un módulo alto y poca adaptabilidad a la piel humana.
La transitoriedad también le da a la piel ionotrónica una ventaja sobre los dispositivos no biodegradables en la reducción de los desechos electrónicos, lo que se ha convertido en una preocupación apremiante ya que se proyecta que los desechos electrónicos alcancen los 74,7 millones de toneladas para 2030.
Es importante destacar que las soluciones salinas en las que la piel ionotrónica se descompone rápidamente imitan los fluidos fisiológicos como la sangre y el líquido intersticial. Esta propiedad aumenta aún más el potencial de uso en implantes médicos y otras aplicaciones que entran en contacto directo con el cuerpo humano. Tras la implantación, la piel se descompondría naturalmente en componentes inofensivos, eliminando preocupaciones sobre la recuperación o eliminación del dispositivo a largo plazo.
Además de ser biodegradable, la piel ionotrónica tiene otras propiedades que la hacen muy adecuada para aplicaciones portátiles. Mediante una cuidadosa ingeniería macromolecular, los investigadores optimizaron la estructura química para lograr las propiedades deseadas. Tiene una alta conductividad iónica similar a la de la piel humana, lo que permite transmitir señales de manera eficiente. El material de la piel también es extremadamente flexible y tiene buena fuerza de adhesión, lo que le permite estirarse y adherirse bien a la piel humana sin perder conductividad.
Los investigadores demostraron las capacidades de la piel ionotrónica usándola para medir diversas señales electrofisiológicas humanas. Cuando se colocó en las muñecas de los voluntarios, la piel registró con éxito patrones de electrocardiograma (ECG) similares a los electrodos disponibles comercialmente. Además, se midieron con precisión las señales electromiográficas (EMG) de los músculos del brazo y las señales electrooculográficas (EOG) generadas por los movimientos oculares. La piel incluso detectó los débiles patrones eléctricos de los electroencefalogramas (EEG) que reflejaban la actividad cerebral.
Lo más impresionante es que el equipo demostró que la piel ionotrónica se puede implantar como un electrodo biodegradable. Integraron la piel en el nervio ciático de una rana toro para medir los potenciales de acción neuronal y estimular las contracciones musculares. Las señales se mantuvieron fuertes durante un período de tres días hasta que el material se disolvió por completo, eliminando la necesidad de retirar quirúrgicamente el dispositivo.
La piel ionotrónica biocompatible y altamente conductora aborda desafíos clave en la electrónica portátil transitoria. Dado que puede degradarse completamente en fluidos fisiológicos, podría usarse para parches cutáneos, biosensores e implantes médicos que no generen desechos electrónicos después de su uso.
Si bien es prometedor, se necesita más trabajo para perfeccionar la piel ionotrónica para aplicaciones comerciales, como garantizar que funcione bien con componentes electrónicos tradicionales. Sin embargo, este avance sugiere que la electrónica transitoria ecológica pronto podría reemplazar a los dispositivos portátiles tradicionales no biodegradables. Los investigadores creen que su estrategia de utilizar derivados de polielectrolitos naturales podría allanar el camino para una electrónica biodegradable y respetuosa con el medio ambiente que minimice el impacto ecológico.
Aunque la piel ionotrónica representa un paso hacia la electrónica sostenible, todavía quedan algunos desafíos por superar. Una preocupación clave es la compatibilidad con los componentes electrónicos existentes, la mayoría de los cuales no están diseñados para materiales biodegradables o transitorios.
Además, la piel se ha mostrado prometedora en el laboratorio, pero su durabilidad y rendimiento en condiciones del mundo real aún no se han probado exhaustivamente. El costo es otro factor; Los materiales biodegradables suelen ir asociados a un precio más elevado, lo que inicialmente podría limitar su aceptación generalizada.
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]