Desarrollan tatuajes electrónicos capaces de monitorizar datos sobre el corazón
16/08/2011 - 09:56
A través de una combinación de sofisticada modelización teórica y precisa micro-fabricación, un equipo de ingenieros y científicos ha desarrollado un nuevo tipo de dispositivo electrónico ultradelgado y autoadhesivo que puede recoger datos sobre el corazón humano, las ondas cerebrales y la actividad muscular, todo ello sin el uso de equipos voluminosos, fluidos conductores o pegamentos.
Los investigadores han creado una nueva clase de micro-electrónica con una tecnología que ellos llaman sistema electrónico epidérmico (EES, por sus siglas en inglés). En sus diseños iniciales han incorporado sensores en miniatura, diodos emisores de luz, diminutos transmisores y receptores y redes de filamentos de alambre.
Esta nueva tecnología ha sido presentada, junto con las mediciones iniciales que los investigadores capturaron mediante el EES, en un artículo elaborado por el autor principal del estudio, el doctor Kim Dae-Hyeong de la Universidad de Illinois y sus colaboradores, en la revista 'Science'.
"Nuestro objetivo era desarrollar una tecnología electrónica que se pudiera integrar con la piel de una manera mecánica y fisiológicamente invisible para el usuario", explica otros de los autores, el doctor John Rogers, profesor en la Universidad de Illinois, "hemos encontrado una solución que implica que los dispositivos diseñados logran tener las propiedades físicas que coinciden con la propia epidermis. Se trata de una tecnología que borra la distinción entre electrónica y biología."
Aunque las tecnologías actuales miden con precisión el ritmo cardíaco, las ondas cerebrales y la actividad muscular, los dispositivos del EES ofrecen la oportunidad de utilizar precisos sensores que casi no tienen peso, sin cables externos y que requieren una energía significante.
Debido a los requisitos de baja potencia, los dispositivos pueden consumir energía de la radiación electromagnética a través del proceso de inducción y pueden cosechar una parte de sus necesidades energéticas a través de paneles solares en miniatura. Los diseños del EES son dispositivos planos de menos de 50 micras de espesor, menos que el diámetro de un cabello humano.
Los dispositivos son tan delgados que, en contacto con las interacciones de Van der Waals, dominan la adhesión a nivel molecular, por lo que los tatuajes electrónicos se adhieren a la piel sin ningún tipo de pegamentos y permanecen en el lugar durante horas. El estudio reciente demostró que el dispositivo puede alcanzar una vida de hasta 24 horas en condiciones ideales.
"La mecánica detrás del diseño de nuestra electrónica hace que el dispositivo sea tan suave como la piel humana", dice el ingeniero de la Universidad de Northwestern, Yonggang Huang, también investigador principal del proyecto. Huang añade que "el diseño permite a los frágiles e inorgánicos semiconductores lograr una gran elasticidad y flexibilidad. Además, el diseño es muy útil a la hora de adherirse libremente a cualquier superficie sin necesidad de utilizar pegamentos".
Mientras que algunas áreas del cuerpo no son las más adecuadas para la electrónica adhesiva, tales como el codo, la mayoría de las regiones comúnmente utilizadas para los estudios médicos y experimentales son ideales: como la frente, las extremidades y el pecho. Las regiones del cuerpo que solían dar problemas para encajar con los sensores ahora pueden ser controladas, incluyendo la garganta (zona que estudiaron los investigadores para observar la actividad muscular durante el habla).
El experimento realizado en la garganta fue lo suficientemente preciso como para que el equipo de investigación pudiera diferenciar palabras en el vocabulario e incluso controlar una interfaz de vídeo activada por voz con una precisión superior al 90 por ciento
"Este tipo de dispositivo puede resultar útil a aquellos que sufren de ciertas enfermedades de la laringe", añade Rogers, y agrega que "esta nueva tecnología no ha hecho más que empezar. Por el lado tecnológico, nuestra atención se centra en las comunicaciones inalámbricas y las mejoras en el suministro la energía, tales como baterías, condensadores de almacenamiento de energía mecánica y cosechadoras, para complementar los conceptos de inducción y los paneles solares que se describen en el presente estudio".
Los investigadores también están explorando enfoques clínicos, especialmente para las dolencias en las que el tamaño del sensor es fundamental, como en la apnea del sueño y la atención neonatal. En el futuro, los investigadores esperan poder incorporar dispositivos de microfluidos en su tecnología, abriendo un nuevo campo de vendas electrónicas y piel, lo que podría acelerar la cicatrización de las heridas, el tratamiento de las quemaduras y otras afecciones cutáneas.
Esta nueva tecnología ha sido presentada, junto con las mediciones iniciales que los investigadores capturaron mediante el EES, en un artículo elaborado por el autor principal del estudio, el doctor Kim Dae-Hyeong de la Universidad de Illinois y sus colaboradores, en la revista 'Science'.
"Nuestro objetivo era desarrollar una tecnología electrónica que se pudiera integrar con la piel de una manera mecánica y fisiológicamente invisible para el usuario", explica otros de los autores, el doctor John Rogers, profesor en la Universidad de Illinois, "hemos encontrado una solución que implica que los dispositivos diseñados logran tener las propiedades físicas que coinciden con la propia epidermis. Se trata de una tecnología que borra la distinción entre electrónica y biología."
Aunque las tecnologías actuales miden con precisión el ritmo cardíaco, las ondas cerebrales y la actividad muscular, los dispositivos del EES ofrecen la oportunidad de utilizar precisos sensores que casi no tienen peso, sin cables externos y que requieren una energía significante.
Debido a los requisitos de baja potencia, los dispositivos pueden consumir energía de la radiación electromagnética a través del proceso de inducción y pueden cosechar una parte de sus necesidades energéticas a través de paneles solares en miniatura. Los diseños del EES son dispositivos planos de menos de 50 micras de espesor, menos que el diámetro de un cabello humano.
Los dispositivos son tan delgados que, en contacto con las interacciones de Van der Waals, dominan la adhesión a nivel molecular, por lo que los tatuajes electrónicos se adhieren a la piel sin ningún tipo de pegamentos y permanecen en el lugar durante horas. El estudio reciente demostró que el dispositivo puede alcanzar una vida de hasta 24 horas en condiciones ideales.
"La mecánica detrás del diseño de nuestra electrónica hace que el dispositivo sea tan suave como la piel humana", dice el ingeniero de la Universidad de Northwestern, Yonggang Huang, también investigador principal del proyecto. Huang añade que "el diseño permite a los frágiles e inorgánicos semiconductores lograr una gran elasticidad y flexibilidad. Además, el diseño es muy útil a la hora de adherirse libremente a cualquier superficie sin necesidad de utilizar pegamentos".
Mientras que algunas áreas del cuerpo no son las más adecuadas para la electrónica adhesiva, tales como el codo, la mayoría de las regiones comúnmente utilizadas para los estudios médicos y experimentales son ideales: como la frente, las extremidades y el pecho. Las regiones del cuerpo que solían dar problemas para encajar con los sensores ahora pueden ser controladas, incluyendo la garganta (zona que estudiaron los investigadores para observar la actividad muscular durante el habla).
El experimento realizado en la garganta fue lo suficientemente preciso como para que el equipo de investigación pudiera diferenciar palabras en el vocabulario e incluso controlar una interfaz de vídeo activada por voz con una precisión superior al 90 por ciento
"Este tipo de dispositivo puede resultar útil a aquellos que sufren de ciertas enfermedades de la laringe", añade Rogers, y agrega que "esta nueva tecnología no ha hecho más que empezar. Por el lado tecnológico, nuestra atención se centra en las comunicaciones inalámbricas y las mejoras en el suministro la energía, tales como baterías, condensadores de almacenamiento de energía mecánica y cosechadoras, para complementar los conceptos de inducción y los paneles solares que se describen en el presente estudio".
Los investigadores también están explorando enfoques clínicos, especialmente para las dolencias en las que el tamaño del sensor es fundamental, como en la apnea del sueño y la atención neonatal. En el futuro, los investigadores esperan poder incorporar dispositivos de microfluidos en su tecnología, abriendo un nuevo campo de vendas electrónicas y piel, lo que podría acelerar la cicatrización de las heridas, el tratamiento de las quemaduras y otras afecciones cutáneas.
