Sensores invisibles y ecológicos montados en la piel inspirados en la seda de araña

Andrés Corselli

Sensores impresos en dedos humanos. (Imagen:Laboratorio Huang, Cambridge)

Los investigadores han desarrollado un método para fabricar sensores adaptables y ecológicos que pueden imprimirse directa e imperceptiblemente en una amplia gama de superficies biológicas, ya sea un dedo o un pétalo de flor.

El método, desarrollado por investigadores de la Universidad de Cambridge, se inspira en la seda de araña, que puede adaptarse y adherirse a una variedad de superficies. Estas "sedas de araña" también incorporan bioelectrónica, de modo que se pueden agregar diferentes capacidades de detección a la "red".

"Uno de los mayores desafíos fue salir de los métodos de fabricación existentes y crear un mecanismo de hilado para producir los sensores de fibra", dijo el líder de investigación y profesor Yan Yan Shery Huang a Tech Briefs. en una entrevista exclusiva.

Las fibras, al menos 50 veces más pequeñas que un cabello humano, son tan livianas que los investigadores las imprimieron directamente sobre la esponjosa semilla de un diente de león sin colapsar su estructura. Cuando se imprimen en la piel humana, los sensores de fibra se adaptan a la piel y exponen los poros del sudor, por lo que el usuario no detecta su presencia. Las pruebas de las fibras impresas en un dedo humano sugieren que podrían usarse como monitores continuos de salud.

"La idea inicial se inspiró en cierto modo en la combinación de pieles electrónicas y sedas de araña", añadió Huang.

Este método de bajo desperdicio y bajas emisiones para aumentar las estructuras habitables podría usarse en una variedad de campos, desde la atención médica y la realidad virtual hasta los textiles electrónicos y el monitoreo ambiental. Los resultados se publican en Nature Electronics.   .

"Primero se elabora una solución acuosa que consta de partículas conductoras, ácido hialurónico y un aglutinante polimérico", explicó Huang sobre el proceso. "Esta solución luego se introduce en la punta de una jeringa, donde se crea una pequeña gota colgante en la punta. Luego, un brazo giratorio entra en contacto con la gota colgante, que estira la gota hasta convertirla en una fibra sensora".

Aunque la piel humana es notablemente sensible, aumentarla con sensores electrónicos podría cambiar fundamentalmente la forma en que interactuamos con el mundo que nos rodea. Por ejemplo, los sensores impresos directamente sobre la piel podrían usarse para un seguimiento continuo de la salud, para comprender las sensaciones de la piel o podrían mejorar la sensación de "realidad" en juegos o aplicaciones de realidad virtual.

Si bien las tecnologías portátiles con sensores integrados, como los relojes inteligentes, están ampliamente disponibles, estos dispositivos pueden resultar incómodos, molestos y pueden inhibir las sensaciones intrínsecas de la piel.

Existen varios métodos para fabricar sensores portátiles, pero todos tienen inconvenientes. Los dispositivos electrónicos flexibles, por ejemplo, normalmente se imprimen en películas de plástico que no dejan pasar el gas ni la humedad, por lo que sería como envolver la piel en una película adhesiva. Otros investigadores han desarrollado recientemente productos electrónicos flexibles que son permeables a los gases, como pieles artificiales, pero aún así interfieren con la sensación normal y dependen de técnicas de fabricación que consumen mucha energía y residuos.

La impresión 3D es otra ruta potencial para la bioelectrónica, ya que genera menos desperdicio que otros métodos de producción, pero conduce a dispositivos más gruesos que pueden interferir con el comportamiento normal. Al girar fibras electrónicas se obtienen dispositivos imperceptibles para el usuario, pero que no tienen un alto grado de sensibilidad ni sofisticación, y son difíciles de transferir al objeto en cuestión.

Ahora, el equipo dirigido por Cambridge ha desarrollado una nueva forma de fabricar bioelectrónica de alto rendimiento que se puede personalizar para una amplia gama de superficies biológicas, desde la punta de un dedo hasta la esponjosa semilla de un diente de león, imprimiéndolas directamente sobre esa superficie. Su técnica se inspira en parte en las arañas, que crean estructuras de red sofisticadas y fuertes adaptadas a su entorno, utilizando un mínimo de material.

Los investigadores hilaron su "seda de araña" bioelectrónica a partir de PEDOT:PSS (un polímero conductor biocompatible), ácido hialurónico y óxido de polietileno. Las fibras de alto rendimiento se produjeron a partir de una solución a base de agua a temperatura ambiente, lo que permitió a los investigadores controlar la "capacidad de hilado" de las fibras. Luego, los investigadores diseñaron un método de giro orbital para permitir que las fibras se transformen en superficies vivas, incluso en microestructuras como las huellas dactilares.

Las pruebas de las fibras bioelectrónicas, en superficies como dedos humanos y semillas de diente de león, demostraron que proporcionaban un rendimiento de sensor de alta calidad y al mismo tiempo eran imperceptibles para el huésped.

"El siguiente paso inmediato es establecer escenarios basados en aplicaciones, para determinar qué parte del sistema de sensores debe fabricarse con fibras imperceptibles, y el resto puede utilizar dispositivos microfabricados/e-textiles existentes", señaló Huang.