Universidad Northwestern presenta dispositivo wearable para medir «aliento» de la piel

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Mide solo 2 cm de largo y 1.5 cm de ancho, el dispositivo comprende cámara, colección de sensores, válvula programable, circuito electrónico y pequeña batería recargable. En lugar de tocar piel directamente, la cámara flota pocos milímetros sobre ella. (Imagen: Cortesía de John Rogers)

Investigadores de Northwestern han desarrollado el primer dispositivo wearable para medir gases emitidos y absorbidos por la piel. Analizando estos gases, el dispositivo ofrece nueva forma de evaluar salud cutánea: monitorizar heridas, detectar infecciones cutáneas, rastrear niveles de hidratación, cuantificar exposición a químicos ambientales dañinos, y más.

Tecnología y sensores

Comprende colección de sensores que miden precisamente cambios en temperatura, vapor de agua, dióxido de carbono (CO₂) y compuestos orgánicos volátiles (COV), cada uno dando valiosa información sobre condiciones cutáneas y salud general. Estos gases fluyen a pequeña cámara dentro del dispositivo que flota sobre la piel sin tocarla. Este diseño sin contacto es particularmente útil para recopilar info sobre piel frágil sin perturbar tejidos delicados.

Estudio publicado en Nature demuestra eficacia en animales pequeños y humanos.

Evolución natural de wearables de sudor

«Este dispositivo es evolución natural de nuestros wearables que recopilan y analizan sudor», dice John A. Rogers de Northwestern, co-líder del estudio. «Allí analizábamos sudor para aprender salud general. Aunque útil, requiere estimulación farmacológica de glándulas sudoríparas o exposición a ambiente caluroso/húmedo. Empezamos a pensar qué podríamos capturar de la piel que ocurra naturalmente siempre. Resulta que hay todo tipo de cosas saliendo de la superficie —vapor de agua, CO₂, COV— correlacionables con salud fisiológica subyacente».

Potencial transformador en cuidado clínico

«Esta tecnología tiene potencial para transformar cuidado clínico, especialmente para poblaciones vulnerables: recién nacidos, ancianos, pacientes diabéticos, otros con piel comprometida», dice Guillermo A. Ameer, co-líder. «La belleza es que encontramos forma completamente nueva de evaluar estado de piel delicada sin contactar heridas, úlceras o abrasiones. Es primer gran paso hacia medir cambios en gases y correlacionarlos con estado cutáneo».

Barrera cutánea y medición de gases

La barrera cutánea (capa externa) es primera defensa del cuerpo. Mantiene hidratación evitando pérdida excesiva de agua y actúa como barrera contra irritantes, bacterias, radiación UV. Cuando se compromete, aumenta pérdida de agua (pérdida transepidérmica de agua TEWL), sensibilidad, riesgo infección, condiciones inflamatorias (eccema, psoriasis).

Rastreando cambios en emisión de vapor de agua y gases, profesionales sanitarios obtienen vista de integridad de barrera cutánea. Tecnologías para medir pérdida de vapor existen, pero son máquinas grandes y aparatosas en hospitales. El dispositivo wearable compacto está diseñado para ayudar a médicos a monitorizar pacientes remotamente y empoderar a individuos a controlar su salud cutánea en casa.

Diseño y funcionamiento

Mide 2 cm x 1.5 cm: cámara, sensores, válvula programable, circuito, batería recargable. Cámara flota pocos mm sobre piel.

«Sensores wearables tradicionales dependen de contacto físico con piel, limitando uso en situaciones sensibles: cuidado de heridas, piel frágil», dice Rogers. «Nuestro dispositivo supera limitación creando pequeña cámara cerrada sobre superficie cutánea».

Válvula automática abre/cierra entrada a cámara —controla dinámicamente acceso entre cámara y aire ambiente. Cuando válvula abre, gases fluyen dentro/fuera, estableciendo medición basal. Cuando cierra rápido, atrapa gases. Sensores miden cambios en concentraciones sobre tiempo.

«Si dispositivo no incorporara válvula programable y enfoque de medición dinámica temporal para cuantificar flujo de especies dentro/fuera de piel en tiempo real, sistema podría confundirse por cambios en concentraciones que varían naturalmente en ambiente», dice Rogers. «Si válvula siempre abierta, sensor detectaría esos cambios —no por piel. Si siempre cerrada, perturbaría patrones naturales de flujo sin contar factores ambientales. Para trabajadores en entornos peligrosos, útil saber cuánto de esas especies peligrosas entran al cuerpo por piel».

Transmisión de datos y aplicaciones clínicas

Via Bluetooth, envía datos a smartphone/tablet para monitorización en tiempo real. Resultados rápidos ayudan a sanitarios a tomar decisiones más informadas y rápidas para manejo de heridas y administración de antibióticos.

Al asociarse mayor vapor de agua, CO₂ y COV con crecimiento bacteriano y curación retardada, monitorizar estos factores ayuda a detectar infecciones antes y con más confianza.

«Recetar antibióticos para heridas puede ser apuesta», dice Ameer, experto en ingeniería regenerativa para curación. «A veces cuesta saber si herida está infectada. Cuando es obvio, puede ser tarde y paciente desarrolla sepsis, increíblemente peligroso. Para evitar, médicos recetan antibióticos amplio espectro, lo que lleva a resistencia, problema creciente. Poder monitorizar herida de cerca y continuamente y recetar antibiótico al primer signo de infección es interés obvio e importante».

Monitorización continua crucial para todo tipo de heridas, especialmente pacientes diabéticos. Ameer desarrolló estrategias (geles antioxidantes, vendajes regenerativos) para úlceras diabéticas. Hace dos años, Ameer y Rogers crearon primer vendaje electrónico transitorio, que usaba estimulación eléctrica para acelerar curación. Este nuevo wearable da otra herramienta para evitar efectos secundarios riesgosos.

«Úlceras diabéticas son causa #1 no traumática de amputaciones de miembros inferiores mundialmente», dice Ameer. «A veces parece que herida cierra, pero función barrera no está restaurada. Nuestro dispositivo mide gases emitidos con precisión, dando info útil sobre función barrera».

Futuras aplicaciones

Tecnología no solo ofrece insights sin precedentes en curación y salud cutánea, podría allanar camino para avances en monitorizar eficacia de repelentes de insectos, cremas, medicamentos sistémicos para mejorar salud cutánea.

CO₂ y COV atraen mosquitos y plagas. Medir estas emisiones podría ayudar a entender y mitigar atracción de mosquitos. Dispositivo también permite a dermatólogos y pacientes medir qué tan rápido lociones y cremas penetran piel, dando insights sobre permeabilidad y función barrera. Datos también ayudan a desarrollar sistemas de administración transdérmica más efectivos, monitorizar efectos de fármacos sistémicos para enfermedades cutáneas, evaluar seguridad de cosméticos y productos de cuidado personal.

Próximos pasos: refinar capacidades, añadir sensor pH, desarrollar sensores de gas con mayor selectividad química para detección temprana de disfunción orgánica y otras enfermedades.

«Esta plataforma wearable inusual da nueva forma de pensar y entender salud cutánea», dice Rogers. «No solo medir gases y características correspondientes de piel. Es predecir salud general, prevenir infección y enfermedad, crear futuro donde cuidado personalizado impulse seguimiento de salud continuo, no invasivo, en tiempo real, mediante nueva colección de parámetros que complementan los capturados por wearables convencionales».

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