Sensor implantable podría medir funciones corporales y luego biodegradarse de forma segura

Los sensores que monitorean la condición de un paciente durante y después de los procedimientos médicos pueden ser costosos, incómodos e incluso peligrosos. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha diseñado un sensor de gas flexible de alta sensibilidad que se puede implantar en el cuerpo y, una vez que ya no se necesita, se biodegrada de manera segura en materiales que son absorbidos por el cuerpo.

En un estudio, los investigadores de Penn State informaron que diseñaron un sensor flexible e implantable que puede monitorear varias formas de óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2) en el cuerpo. El control de estos tipos de gases es importante porque pueden desempeñar un papel beneficioso, o a veces perjudicial, en la salud humana.

El óxido nítrico, por ejemplo, que se produce naturalmente en el cuerpo humano, juega un papel importante en la salud porque relaja o ensancha los vasos sanguíneos para mejorar el flujo sanguíneo, permitiendo que el oxígeno y los nutrientes circulen por el cuerpo. Por otro lado, la exposición al dióxido de nitrógeno del medio ambiente está relacionada con la progresión de afecciones como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica. El óxido nítrico es altamente reactivo y puede transformarse en dióxido de nitrógeno cuando se expone al oxígeno.

El equipo agregó un giro al diseño de su sensor al fabricarlo con materiales que no solo son implantables, flexibles y estirables, sino también biodegradables. Si bien los dispositivos actuales se usan fuera del cuerpo para monitorear los niveles de gas, Cheng dijo que son voluminosos y potencialmente no tan precisos como un dispositivo implantable. Sin embargo, los dispositivos implantables deben retirarse, lo que podría significar otra operación. Los investigadores estudiaron un diseño que no es necesario quitar.

“Digamos que tienes una operación quirúrgica cardíaca; el monitor fuera del cuerpo podría no ser suficiente para detectar el gas”, dijo el profesor Huanyu “Larry”Cheng. “Podría ser mucho más beneficioso monitorear los niveles de gas desde la superficie del corazón o desde los órganos internos. Este sensor de gas también es implantable y biodegradable, que es otra dirección de investigación en la que hemos estado trabajando. Si el paciente se recupera por completo de una operación quirúrgica, ya no necesita el dispositivo, lo que hace que los dispositivos biodegradables sean útiles”.

Según los investigadores, todos los componentes son biodegradables en agua o en fluidos corporales, pero siguen siendo lo suficientemente funcionales como para capturar la información sobre los niveles de gas. En este caso, los investigadores fabricaron los conductores eléctricos del dispositivo con magnesio y, para los materiales funcionales, utilizaron silicio, que también es muy sensible al óxido nítrico. El silicio es único:es el componente básico de la electrónica moderna, se considera súper estable y es biodegradable. Puede disolverse de una manera realmente lenta, entre uno y dos nanómetros por día, según el entorno. El cuerpo no solo puede absorber con seguridad todos los materiales utilizados en el dispositivo, sino que también se disuelven a un ritmo lo suficientemente lento como para permitir que los sensores funcionen en el cuerpo durante el período de recuperación del paciente.

El sensor se probó en condiciones húmedas y soluciones acuosas para demostrar que podía funcionar de manera estable en las duras condiciones del cuerpo. El equipo utilizó los recursos computacionales de la supercomputadora Roar de ICDS para crear simulaciones por computadora que pueden calcular cambios extremadamente pequeños causados ​​por ligeros cambios de forma o deformaciones del material. Basaron su medición en la resistencia, que puede cambiar según la absorción de gas.

Los investigadores dicen que el trabajo futuro podría analizar el diseño de sistemas integrados que podrían monitorear otras funciones corporales para un envejecimiento saludable y diversas aplicaciones de enfermedades.