Sensor Inteligente Revolucionario Mejora Monitorización de Heridas con Seguimiento Preciso de Temperatura y Deformación

Facultad de Ingeniería de Penn State, University Park, PA

El sensor flexible, ideal para uso en el cuerpo humano, usa grafeno inducido por láser para medir simultáneamente pero por separado temperatura y deformación, permitiendo potencialmente mejor monitorización de curación de heridas al proporcionar insights más claros sobre inflamación y recuperación. (Imagen: Jennifer M. McCann)

Un desafío mayor en sensores vestibles autónomos para monitorización de salud es distinguir diferentes señales cuando ocurren simultáneamente. Investigadores de Penn State y la Universidad de Tecnología de Hebei en China abordaron este problema descubriendo una nueva propiedad de un material sensor, permitiendo al equipo desarrollar un nuevo tipo de sensor flexible que puede medir con precisión tanto temperatura como deformación física simultáneamente pero por separado para identificar con mayor precisión varias señales.

Potencial en monitorización de salud

"Este material sensor único que hemos desarrollado tiene aplicaciones potencialmente importantes en monitorización de salud", dijo Huanyu "Larry" Cheng, Profesor Asociado Conmemorativo James L. Henderson, Jr. de Ciencia y Mecánica de Ingeniería (ESM) en Penn State y co-autor correspondiente del estudio publicado en Nature Communications. "Al medir con precisión tanto cambios de temperatura como deformación física, o tensión, creada por una herida en curación y medir eso separando las dos señales, podría revolucionar el seguimiento de la curación de heridas. Los médicos podrían obtener una imagen mucho más clara del proceso de curación, identificando problemas como inflamación tempranamente".

Grafeno inducido por láser (LIG)

Los investigadores buscaron medir con precisión señales de temperatura y deformación sin diafonía (cross talk) usando grafeno inducido por láser (LIG), un material bidimensional (2D). Como todos los materiales 2D incluyendo grafeno regular, el grafeno inducido por láser tiene uno a pocos átomos de espesor con propiedades únicas, pero con un giro. El grafeno inducido por láser se forma cuando un láser calienta ciertos materiales ricos en carbono — como plástico o madera — de una manera que convierte su superficie en una estructura de grafeno. El láser esencialmente "escribe" el grafeno directamente sobre el material, haciéndolo una forma simple y escalable de producir patrones de grafeno para electrónica, sensores y dispositivos de energía.

Descubrimiento de propiedades termoeléctricas

El LIG se ha usado antes en varias aplicaciones. Previamente, Cheng y su equipo lo usaron para sensores de gas, detectores electroquímicos para análisis de sudor, supercapacitores, y más. Sin embargo, los investigadores creen que han descubierto una nueva propiedad del LIG que lo hace ideal como sensor multipropósito y preciso.

"En nuestro estudio, tropezamos con el hecho de que este material también tiene propiedades termoeléctricas", dijo Cheng. "Creemos que es la primera vez que alguien reporta que el grafeno inducido por láser tiene capacidades termoeléctricas. Y eso es realmente importante para lo que intentamos hacer aquí, que es medir por separado tanto cambios de temperatura como deformación física o tensión".

Las propiedades termoeléctricas en un material se refieren a la capacidad de convertir diferencias de temperatura en voltaje eléctrico y viceversa, permitiendo que tales materiales se usen para aplicaciones como cosecha de energía y detección de temperatura. Según Cheng, esta propiedad termoeléctrica recién identificada del LIG facilita separar las dos mediciones del sensor, por lo que es ideal para aplicaciones de salud como un sensor incrustado en una venda.

Separación de señales

"Cuando tienes materiales sensibles tanto a temperatura como a deformación, puede ser difícil saber qué señal es causada por cambios en el material", dijo Cheng. "Pero usando este efecto termoeléctrico en el grafeno inducido por láser, podemos esencialmente desacoplar esas dos mediciones. Podemos observar la resistencia eléctrica para obtener información sobre la deformación, mientras también medimos el voltaje térmico para determinar la temperatura. Por eso los médicos podrían usarlo para rastrear tanto fluctuaciones de temperatura como cambios físicos en el sitio de la herida y obtener una imagen mucho más clara de cómo avanza la curación".

También señaló que el sensor es altamente sensible, detectando cambios de temperatura tan pequeños como 0.5 grados Celsius. El diseño del material aprovecha la forma en que el grafeno poroso y componentes termoeléctricos trabajan juntos, haciéndolo casi cuatro veces mejor en convertir calor en electricidad. El sensor también puede estirarse hasta 45 por ciento, así como adaptarse a diferentes formas y superficies, sin perder función.

"La estructura porosa de este material crea muchos espacios y canales diminutos que le permiten interactuar con su entorno de una manera muy sensible", dijo Cheng. "Esto lo hace adecuado para interactuar con tejidos blandos humanos, en contraste con materiales termoeléctricos más rígidos, como los basados en cerámica".

Autonomía energética y futuro inalámbrico

Dado que el aspecto termoeléctrico del LIG significa que puede generar energía eléctrica cuando hay diferencia de temperatura, los sensores LIG son autónomos. Según Cheng, esto podría ser particularmente útil para monitorización continua en entornos clínicos y para otras aplicaciones, como ayudar a detectar incendios en ubicaciones remotas.

Además de refinar el sensor, el equipo está desarrollando un sistema inalámbrico que permitirá a las personas monitorizar los datos del sensor remotamente. Esto hará posible rastrear información importante, como temperatura o deformación, en tiempo real usando smartphones u otros dispositivos.

"Por ejemplo, un médico podría monitorizar la condición de un paciente a distancia, o los servicios de emergencia podrían recibir alertas sobre cambios peligrosos de temperatura", dijo Cheng. "Estos avances buscan hacer la tecnología más accesible y efectiva, ayudando a mejorar la monitorización de salud y seguridad en situaciones cotidianas".

Para más información, contacte This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..