Científicos imprimen sensores ponibles directamente sobre la piel sin calor

Ciencia tecnología e innovación El Mundo Al Instante 15 de octubre de 2020
Sensores-impresos
Investigadores imprimieron sensores directamente sobre piel humana. (Foto: Ling Zhang, Penn State/Cheng Lab y Harbin Institute of Technology)

Los sensores ponibles están evolucionando desde relojes y electrodos hasta dispositivos plegables que proporcionan mediciones biométricas mucho más precisas y comodidad a los usuarios. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha llevado dicha evolución un paso más allá, imprimiendo los sensores directamente sobre la piel humana sin el uso de calor.

Dirigido por Huanyu “Larry” Cheng, del Departamento de Ciencias de Ingeniería y Mecánica de la Penn State, el equipo publicó sus resultados en la revista ACS Applied Materials & Interfaces.

“En este artículo, informamos de una técnica de fabricación sencilla, pero de aplicación universal para permitir la impresión directa de sensores en el cuerpo”, dijo el primer autor Ling Zhang, investigador del Instituto de Tecnología Harbin en China y en el laboratorio de Cheng.

Cheng y sus colegas desarrollaron previamente placas de circuitos impresos flexibles para su uso en sensores ponibles (o vestibles), pero la impresión directa sobre piel se ha visto obstaculizada por el proceso de unión de los componentes metálicos del sensor. Llamado sinterización, este proceso típicamente requiere temperaturas de alrededor de 300 grados centígrados para unir las nanopartículas de plata del sensor.

“La superficie de la piel no puede soportar una temperatura tan alta, obviamente”, dijo Cheng. “Para evitar esta limitación, propusimos una capa de ayuda a la sinterización, algo que no dañara la piel y que pudiera ayudar a que el material se sinterizara a una temperatura más baja”.

Añadiendo una nanopartícula a la mezcla, las partículas de plata se sinterizan a una temperatura más baja de unos 100 grados C.

“Eso puede ser usado para imprimir sensores en ropa y papel, lo cual es útil, pero sigue siendo más alto de lo que podemos soportar en la piel”, dijo Cheng, quien señaló que alrededor de 40 grados C todavía podrían quemar el tejido de la piel. “Cambiamos la fórmula de la capa de ayuda, cambiamos el material de impresión y encontramos que podíamos sinterizar a temperatura ambiente”.

La capa de ayuda a la sinterización a temperatura ambiente consiste en pasta de alcohol polivinílico, el principal ingrediente de ciertas máscaras faciales, y carbonato de calcio, presente en las cáscaras de huevo. La capa reduce la rugosidad de la superficie de impresión y proporciona una capa ultrafina de patrones metálicos que pueden doblarse y plegarse mientras se mantienen las capacidades electromecánicas. Cuando se imprime el sensor, los investigadores utilizan un soplador de aire, como un secador de pelo puesto en frío, para eliminar el agua que se utiliza como disolvente en la tinta.

Los sensores son capaces de captar de forma precisa y continua la temperatura, la humedad, los niveles de oxígeno en la sangre y las señales de funcionamiento del corazón, según Cheng. Los investigadores también vincularon los sensores corporales a una red con capacidad de transmisión inalámbrica para monitorear la combinación de señales a medida que progresan.

El proceso también es respetuoso con el medio ambiente, dijo Cheng. El sensor permanece robusto en agua tibia durante unos días, pero una ducha caliente lo eliminará fácilmente.

“Podría ser reciclado, ya que la eliminación no daña el dispositivo”, dijo Cheng. “Y, lo que es importante, la eliminación tampoco daña la piel. Eso es especialmente importante para las personas con piel sensible, como los ancianos y los bebés. El dispositivo puede ser útil sin ser una carga extra para la persona que lo usa o para el medio ambiente”.

A continuación, los investigadores planean alterar la tecnología para dirigirse a aplicaciones específicas según sea necesario, como una red precisa de sensores en el cuerpo colocados para monitorear los síntomas particulares asociados con la COVID-19.

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