El sensor de tensión hipersensible permite el seguimiento del accidente cerebrovascular en tiempo real

Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Seung-Kyun Kang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de Seúl ha desarrollado un sensor de deformación con una sensibilidad récord en colaboración con investigadores de la Universidad Dankook, la Universidad Ajou y la Universidad Purdue.

Este estudio introdujo un sensor hipersensible, flexible y estirable combinando microfisuras con metaestructuras de una manera innovadora. La tecnología avanzada permite el diagnóstico de accidentes cerebrovasculares en tiempo real mediante la monitorización continua del flujo sanguíneo, lo que abre nuevas posibilidades en el campo de la ingeniería biomédica de precisión.

Los resultados de este estudio fueron publicado en línea el 20 de diciembre en Avances científicos.

Los sensores de tensión flexibles y extensibles detectan señales biomecánicas o deformaciones de objetos específicos basándose en cambios en la resistencia eléctrica de materiales conductores.

Sin embargo, los sensores anteriores están limitados por una baja sensibilidad y una disminución significativa en el rendimiento al medir deformaciones infinitesimales por debajo de 10⁻³. Esta limitación plantea desafíos críticos en el diagnóstico temprano de enfermedades asociadas con señales fisiológicas mecánicas, así como en evaluaciones de confiabilidad estructural y evaluaciones preventivas de seguridad.

Por ejemplo, las enfermedades cerebrovasculares como la hemorragia cerebral o la isquemia van acompañadas de cepas infinitesimales menores de 10⁻³ antes de que pongan en peligro su vida. De manera similar, los materiales estructurales suelen experimentar niveles de deformación superficial de 10⁻⁵ a 10⁻³ antes de una falla catastrófica, que puede provocar una pérdida significativa de vidas.

Para abordar estos desafíos, el equipo del profesor Kang introdujo una metaestructura con un índice de Poisson negativo, logrando una sensibilidad hasta 100 veces mayor en comparación con los sensores anteriores. Su sensor es capaz de detectar cepas tan pequeñas como 10⁻⁵ Deformaciones, equivalentes a un cambio de longitud en la escala de un solo átomo en la superficie de un cabello humano.

El sensor desarrollado en este estudio logró una sensibilidad a la deformación líder en el mundo al amplificar los cambios de resistencia eléctrica mediante la ampliación controlada de microfisuras a nanoescala.

Como resultado, demostró la capacidad de monitorear deformaciones infinitesimales que acompañan a los procesos de crecimiento microbiano, como la detección en tiempo real del contacto inducido por el crecimiento de hifas de moho en el pan (generando niveles de deformación tan pequeños como 10⁻⁵).

El sensor recientemente desarrollado demostró un potencial significativo para aplicaciones en entornos biológicos. El equipo de investigación conectó con éxito los sensores a la superficie de los vasos sanguíneos cerebrales dentro del cráneo, lo que permitió monitorear en tiempo real los cambios de presión arterial y flujo sanguíneo.

Este avance destaca el potencial del sensor para el diagnóstico temprano de enfermedades cerebrovasculares como hemorragia cerebral e isquemia, así como trastornos cardiovasculares, al tiempo que proporciona datos médicos precisos.

Además, el sensor está fabricado con materiales biodegradables, lo que le permite descomponerse de forma natural sin dejar residuos a largo plazo en el cuerpo, garantizando la seguridad del paciente sin necesidad de cirugías adicionales ni efectos secundarios.

El equipo de investigación afirmó: «Este estudio no se trata simplemente de mejorar el rendimiento del sensor, sino de presentar un enfoque innovador que supere las limitaciones fundamentales de las tecnologías anteriores. Anticipamos una amplia gama de aplicaciones no sólo en bioingeniería y dispositivos médicos, sino también en campos como como robótica, respuesta a desastres y monitoreo ambiental».