El tatuaje adhesivo reemplaza alambres y cables en la monitorización del paciente

Un tatuaje ultradelgado y adhesivo que incorpora lo último en tecnología de sensores podría algún día reemplazar la masa de cables y alambres que conectan a los pacientes con las máquinas para monitorear el ritmo cardíaco y las ondas cerebrales. La nueva tecnología de "piel electrónica", llamada sistema de electrónica epidérmica (EES), fue desarrollada por un equipo internacional de científicos e ingenieros que escriben sobre su trabajo en la edición del 12 de agosto de Ciencia.
El EES es el resultado de la colaboración entre la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Northwestern University y Tufts University, todos en los Estados Unidos, y el Instituto de Computación de Alto Rendimiento en Singapur, y la Universidad de Tecnología de Dalian en China.
El autor correspondiente del estudio, John Rogers, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, describe a EES como "una tecnología que difumina la distinción entre electrónica y biología".
"Nuestro objetivo era desarrollar una tecnología electrónica que pudiera integrarse con la piel de una manera mecánica y fisiológicamente invisible para el usuario", dijo a la prensa, agregando que las propiedades físicas de la piel electrónica coinciden con las de la piel humana.
En un acompañamiento Perspectiva artículo en el mismo número de CienciaZhenqiang (Jack) Ma, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Wisconsin, Madison, escribe que la "piel electrónica" que Rogers y sus colegas han desarrollado no solo permitirá que el monitoreo del paciente sea "más simple, más" confiable e ininterrumpido ", pero también resolverá muchos problemas con los sistemas actuales, cuyo complicado cableado y cables son inconvenientes y angustiosos para los pacientes y sus médicos.
La tecnología existente ya es sofisticada y capaz de monitorear una gama de variables fisiológicas, como la frecuencia cardíaca, la onda cerebral y la actividad muscular, pero el EES ofrece una forma de hacerlo más accesible y conveniente, que requiere una potencia insignificante, y el uso de sensores que son casi ingrávidos.
Los dispositivos EES contienen diminutos transmisores y receptores, sensores en miniatura, diodos emisores de luz y redes de filamentos de alambre cuidadosamente diseñados.
Los prototipos se ven como tatuajes de encaje planos, delgados, pegados, de arte moderno hechos en hilo metálico, y son del tamaño de un sello postal. De hecho, el tatuaje electrónico está integrado en el respaldo de poliéster de los tatuajes adherentes.
Debido a que son tan delgadas (menos de 50 micras, más delgadas que un cabello humano), no necesitan pegamento para adherirse a la piel, usan fuerzas de van der Waals cercanas que actúan a nivel molecular, lo que les permite mantenerse. en el lugar por horas.
En su estudio, los investigadores encontraron que los dispositivos permanecieron en su lugar por hasta 24 horas, bajo condiciones ideales.
Además, debido a que necesitan muy poca energía, los dispositivos EES pueden tomar su poder ya sea de radiación electromagnética dispersa o transmitida (por inducción), y también en parte de paneles solares en miniatura.
Los componentes electrónicos inorgánicos en los dispositivos son normalmente bastante duros y quebradizos, pero para el EES los ingenieros los diseñaron para tener propiedades mecánicas parecidas a serpientes que les permiten flexionarse y estirarse sin romperse.
El investigador co-líder Yonggang Huang, Joseph Cummings Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental e Ingeniería Mecánica en la Universidad Northwestern, dijo:
"La mecánica detrás del diseño de nuestra electrónica en forma de serpentina hace que el dispositivo sea tan suave como la piel humana".
"Además, el diseño serpentino es muy útil para la auto adhesión a cualquier superficie sin usar pegamentos", agregó.
La piel electrónica autoadhesiva será más adecuada para las áreas del cuerpo que se utilizan con mayor frecuencia para el monitoreo médico y experimental, como la frente, las manos, los pies y el cofre. No será adecuado para regiones como el codo, dijeron los investigadores.
Sin embargo, trae una ventaja adicional en que las regiones del cuerpo difíciles de alcanzar con la tecnología de sensor actual, como la garganta, ahora son accesibles. De hecho, el estudio en Ciencia describe una aplicación donde los investigadores estudiaron el dispositivo insertado en la garganta para controlar la actividad muscular durante el habla.
Los investigadores informaron que el dispositivo tenía una precisión superior al 90% en la interpretación de palabras y vocabulario, suficiente para controlar un videojuego activado por voz, que es la forma en que lo probaron.
Esto sugiere otra aplicación potencial para el EES, la activación de la voz, que por ejemplo podría ayudar a los pacientes con enfermedad de la laringe y la comunicación subvocal, como cuando los operadores encubiertos pueden hablar sin hacer sonidos audibles.
La tecnología para EES surgió de los esfuerzos conjuntos de Rogers y Huang para desarrollar dispositivos electrónicos flexibles para cámaras y otros dispositivos que requieren componentes con formas complejas.
Rogers dijo que realmente apenas han comenzado a trabajar en EES, y quieren llevarlo más allá.
"Desde el punto de vista de la tecnología, nuestro enfoque es la comunicación inalámbrica y soluciones mejoradas para la energía, como baterías, condensadores de almacenamiento y cosechadoras mecánicas de energía, para complementar los conceptos inductivos y solares que demostramos en el presente documento", dijo Rogers.
El equipo también está pensando en otras aplicaciones médicas que necesitan sensores pequeños, como la monitorización de la apnea del sueño y los recién nacidos. Y más adelante, esperan incorporar pequeños dispositivos que puedan manipular líquidos, para usar como un vendaje electrónico o una tira de piel electrónica que ayuda a sanar heridas, quemaduras y otras afecciones de la piel más rápidamente.
Los fondos de la National Science Foundation, la Fuerza Aérea de los EE. UU., El Departamento de Energía y el Instituto Beckman ayudaron a pagar la investigación.
Escrito por Catharine Paddock PhD

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