(noticias nanowerk) Los dispositivos electrónicos portátiles que pueden monitorear el estado de salud y proporcionar información en tiempo real se consideran desde hace mucho tiempo como el futuro de la medicina personalizada. Pero la mayoría de los dispositivos portátiles hoy en día simplemente recopilan datos sin procesar para procesarlos más tarde. Ahora los investigadores han desarrollado circuitos multifuncionales y extensibles hechos de nanocables de oro que pueden detectar señales de salud directamente en la piel y procesar esos datos en tiempo real, sin la necesidad de algoritmos externos o chips rígidos. Este avance podría permitir avances rápidos en dispositivos portátiles inteligentes que puedan detectar cambios significativos en la salud e intervenir cuando sea necesario con tratamientos como la terapia de calor o luz.
La visión de los dispositivos portátiles en el sector sanitario eran sensores que pudieran rastrear los signos vitales y biomarcadores y activar tratamientos de forma autónoma en respuesta. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones se han centrado únicamente en el seguimiento, con pocos avances en el procesamiento a bordo en tiempo real. Los materiales conductores existentes para electrónica estirable también tienen limitaciones de estabilidad y biocompatibilidad que limitan las aplicaciones médicas. Y los intentos de integrar chips de silicio rígidos con sensores flexibles solo han logrado una capacidad de estiramiento parcial debido a desajustes mecánicos.
Según la Dra. Según Sei Kwang Hahn de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang, el desarrollo de un único material para circuitos elásticos robustos y operaciones lógicas integradas podría cambiar las reglas del juego para los dispositivos portátiles inteligentes. Para lograr este objetivo, su equipo buscó estructuras innovadoras de nanocables.
Los resultados fueron publicados en Materiales avanzados (“Dispositivos portátiles inteligentes multifuncionales con circuitos lógicos hechos de nanocables de oro monolíticos”).
El equipo desarrolló técnicas para sintetizar y modelar dos tipos de nanocables de oro mediante una combinación de crecimiento galvánico y grabado selectivo. Esto produjo nanocables de oro tanto en forma hueca como rellena. Los nanocables de núcleo y cubierta rellenos de oro y plata proporcionaron una alta conductividad con una menor sensibilidad al voltaje. Por el contrario, los nanocables de oro huecos eran más sensibles al voltaje pero menos conductores.
Al integrar ambos tipos de nanocables en circuitos monolíticos, el equipo de Hahn creó una plataforma multifuncional capaz de detectar temperatura, tensión y otras señales mientras realiza operaciones lógicas. Los nanocables de oro rellenos sirvieron como interconexiones y sensores de temperatura, mientras que los nanocables de oro huecos sirvieron como galgas extensométricas.
Sorprendentemente, el ajuste de la geometría de los nanocables también permitió interruptores controlados por voltaje, donde el voltaje aumentaba o disminuía la conductividad. La conexión de estos interruptores permitió construir circuitos lógicos que realizan operaciones AND, OR, NAND y NOR. Los investigadores utilizaron estos circuitos para demostrar capacidades como activar sensores y enrutar sus señales para su posterior procesamiento.
Esta perfecta integración de varios componentes sólo fue posible gracias a la técnica de estructuración monolítica de nanocables. Esto ha superado los desafíos de integración que durante mucho tiempo han limitado los dispositivos portátiles multifuncionales. Evitar fallos mecánicos en las interfaces entre materiales con propiedades no coincidentes es un problema constante. Sin embargo, al combinar tipos de nanocables compatibles en circuitos con una estructura única, tales preocupaciones podrían minimizarse.
En comparación con las alternativas de nanocables de plata pura o cobre, las estructuras compuestas de oro también ofrecían una estabilidad química mucho mayor para aplicaciones biomédicas. Y a diferencia de los intentos de integrar chips de silicio, todos los componentes permanecieron completamente estirables, retorciéndose y deformándose sin sufrir daños.
Según la Dra. Hahn tiene muchas aplicaciones prometedoras para su plataforma, como un apósito inteligente que monitorea la tensión de una lesión en curación. Podría detectar una hinchazón excesiva y calentar automáticamente el área para estimular la curación. O una lente de contacto inteligente que controla la fatiga visual y avisa cuándo es el momento de parpadear para evitar la sequedad.
Sin embargo, las posibilidades más revolucionarias son los tratamientos portátiles autónomos. Por ejemplo, un parche colocado sobre un tumor que puede sentir el estrés creciente de su crecimiento. Una vez que sea lo suficientemente grande, se podría iniciar una terapia de hipertermia dirigida. Este circuito cerrado de retroalimentación, habilitado por el procesamiento en tiempo real, hace que la medicina personalizada dé un gran paso adelante. También abre posibilidades como implantes discretos para controlar y regular la función de los órganos.
Sin embargo, quedan muchos desafíos por delante antes de que estas aplicaciones audaces se pongan en práctica. Aunque prometedoras, la estabilidad y biocompatibilidad de estos circuitos de nanocables multifuncionales aún deben evaluarse cuidadosamente. También es necesario transferir sus capacidades a escala industrial para su comercialización. Y monitorear estos dispositivos de salud portátiles autónomos mediante conmutación por error y puentes externos requiere un trabajo regulatorio extenso.
Sin embargo, esta investigación representa un verdadero cambio de paradigma. Hahn enfatizó que su sistema de material único para detección y procesamiento podría revolucionar la electrónica portátil. E ilustra cómo la síntesis de nanomateriales personalizados permite la reinvención de componentes fundamentales para superar obstáculos aparentemente insuperables. Así como los circuitos integrados permitieron la revolución informática, estos circuitos multifunción extensibles podrían provocar el cambio hacia dispositivos portátiles con respuesta en tiempo real en el sector sanitario.
