El sensor médico de autocuración mejorado responde a la temperatura y se adapta a la piel

Para que los dispositivos electrónicos portátiles cumplan con su promesa de monitoreo de la atención médica, deben hacer al menos dos cosas: transformarse de rígidos a blandos para adaptarse a las necesidades estructurales cambiantes y curar su propio desgaste normal. Con la ayuda de metal líquido y polímeros especializados, los investigadores han desarrollado sensores que pueden hacer ambas cosas.

Un equipo de investigadores dirigido por Hyanyu «Larry» Cheng, quien es profesor asociado James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State, publicó sus resultados en Materiales avanzados.

Según Cheng, la fabricación de sensores en un estado rígido es mejor que en un estado blando porque las diferentes capas pueden apilarse unas sobre otras sin deformarse. Los sensores también se benefician de estar en un estado rígido cuando una persona necesita leer la información vital proporcionada, que se muestra mejor en una pantalla rígida. Sin embargo, estar en un estado blando mientras lo usa un paciente, que puede estar monitoreando su temperatura, frecuencia cardíaca u otros signos vitales para el progreso de la enfermedad o para el conocimiento general de la salud, permite que el sensor se ajuste a la topografía de la piel y recopile datos más precisos. información vital.

«En el pasado, realmente teníamos que usar dos tipos de dispositivos, porque no teníamos forma de casar a estos dos», dijo Cheng. «Pero ahora demostramos que cambiar un sensor de rígido a blando puede modularse con un simple cambio de temperatura. Cuando el sensor está a la temperatura de la piel, es blando, pero cuando hace mucho frío, vuelve a ponerse rígido».

Esto también ayuda con la adhesión a la piel y la eliminación del sensor, según los investigadores.

«Cuando el sensor es blando, la propiedad de adhesión es más fuerte», dijo el primer autor y coautor correspondiente Li Yang, anteriormente académico visitante en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State y ahora de la Facultad de Ciencias de la Salud e Ingeniería Biomédica. en la Universidad Tecnológica de Hebei, Tianjin, China. «Por ejemplo, puede aplicar una bolsa de hielo sobre la piel para que el material del sensor se vuelva rígido gradualmente y se despegue de la piel de forma natural. Es un cambio en la adhesión de fuerte a débil, y es más fácil quitarlo sin dañar la piel. Esto es especialmente importante para los bebés y los ancianos, que pueden tener una piel muy delicada».

Si bien aprovechar los cambios de temperatura, o la conmutación térmica, para alterar el estado del material no es del todo nuevo, ya que se ha hecho a temperaturas muy altas. Hacer esto a una temperatura relevante para el cuerpo humano es nuevo, según Cheng. Una clave para la demostración exitosa de este enfoque con sensores electrónicos médicos fue un metal líquido, que proporciona un rendimiento similar al de un metal sólido pero permite flexibilidad en la forma del diseño. El metal líquido también contribuyó a la exitosa demostración de un sensor con propiedades de autorreparación.

Cuando el sensor desarrolla grietas u otros daños mecánicos debido al uso y desgaste, la autorreparación permite que el monitoreo vital continúe sin interrupciones. También puede extender la vida útil del dispositivo.

Además del metal líquido, los investigadores usaron un tipo de polímero que puede crear un enlace de hidrógeno para ayudar en la curación del dispositivo. Si bien el trabajo anterior ha utilizado el enlace de hidrógeno para la autocuración, lo ha hecho de una manera más limitada, aumentando el tiempo requerido para que el dispositivo se cure, según Cheng.

«Aunque las personas han estado trabajando en diferentes materiales de autorreparación en el pasado, los resultados solo se pueden lograr después de 24 horas o más, y aquí podemos hacerlo de una manera mucho más rápida, posiblemente tan rápido como cinco minutos más o menos. «, dijo Cheng. «No desea esperar 30 horas sin que se recolecten datos del cuerpo humano, especialmente en situaciones en las que la enfermedad que se está monitoreando podría poner en peligro la vida. Con nuestro enfoque, queremos, y podemos, restaurar la función en casi ningún segundo. .»

Los investigadores planean integrar a continuación las propiedades de conmutación térmica y autocuración en sensores a escala y para su uso en una variedad de entornos, desde hogares de ancianos hasta el monitoreo de la progresión de la enfermedad.