Investigadores de China y de Estados Unidos han desarrollado una forma de imprimir sensores directamente sobre la piel humana a temperatura ambiente.
El proceso funciona mediante una capa novedosa que ayuda a unir los componentes metálicos del sensor, lo que permite colocarlo directamente sobre la piel humana.
Los sensores podrían ofrecer una alternativa más precisa y cómoda a la tecnología vestible.
Los investigadores han desarrollado una forma de imprimir sensores directamente sobre la piel humana sin utilizar calor.
Los sensores vestibles están evolucionando desde los relojes y los electrodos hacia dispositivos flexibles que ofrecen mediciones biométricas mucho más precisas y mayor comodidad para los usuarios.
“En este artículo presentamos una técnica de fabricación sencilla pero de aplicación universal, con el uso de una novedosa capa auxiliar de sinterización que permite la impresión directa de sensores sobre el cuerpo”, afirma Ling Zhang, investigadora del Instituto de Tecnología de Harbin en China y del laboratorio de Huanyu “Larry” Cheng en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y Mecánica de Penn State. Zhang es la primera autora del estudio, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces.
Reducir la temperatura de los sensores vestibles
Los investigadores habían desarrollado previamente placas de circuito impreso flexibles para su uso en sensores vestibles, pero el proceso de unión de los componentes metálicos del sensor ha dificultado la impresión directa sobre la piel. Denominado sinterización, este proceso normalmente requiere temperaturas de unos 572 grados Fahrenheit (300 grados Celsius) para unir entre sí las nanopartículas de plata del sensor.
“La superficie de la piel no puede soportar una temperatura tan alta, evidentemente”, afirma Cheng. “Para superar esta limitación, propusimos una capa auxiliar de sinterización, algo que no dañara la piel y que pudiera ayudar a que el material se sinterizara a una temperatura más baja.”
Al añadir una nanopartícula a la mezcla, las partículas de plata se sinterizan a una temperatura más baja, de unos 212 F (100 C).
“Eso puede utilizarse para imprimir sensores en prendas de vestir y en papel, lo cual es útil, pero sigue siendo superior a lo que podemos soportar a temperatura de la piel”, afirma Cheng, quien señaló que unos 104 F (40 C) todavía podrían quemar el tejido cutáneo. “Cambiamos la fórmula de la capa auxiliar, cambiamos el material de impresión, y descubrimos que podíamos sinterizar a temperatura ambiente.”
La capa auxiliar de sinterización a temperatura ambiente está formada por una pasta de alcohol polivinílico, el ingrediente principal de las mascarillas faciales exfoliantes, y carbonato de calcio, que se obtiene de las cáscaras de huevo. La capa reduce la rugosidad de la superficie de impresión y permite una capa ultrafina de patrones metálicos que pueden doblarse y plegarse manteniendo sus capacidades electromecánicas. Al imprimir el sensor, los investigadores utilizan un soplador de aire, como un secador de pelo en modo frío, para eliminar el agua que se utiliza como disolvente en la tinta.
“El resultado es muy significativo”, afirma Cheng. “No necesitamos depender del calor para sinterizar.”
Sensores corporales para la monitorización de la salud
Según Cheng, los sensores son capaces de captar de forma precisa y continua la temperatura, la humedad, los niveles de oxígeno en sangre y las señales del rendimiento cardíaco.
Los investigadores también conectaron los sensores corporales en una red con capacidad de transmisión inalámbrica para monitorizar la combinación de señales a medida que avanzan.
Según Cheng, el proceso también es respetuoso con el medio ambiente. El sensor permanece resistente en agua tibia durante unos días, pero una ducha caliente lo elimina fácilmente.
“Podría reciclarse, ya que retirarlo no daña el dispositivo”, afirma Cheng. “Y, lo que es importante, retirarlo tampoco daña la piel. Eso es especialmente importante para personas con piel sensible, como las personas mayores y los bebés. El dispositivo puede ser útil sin suponer una carga adicional para quien lo usa ni para el medio ambiente.”
A continuación, los investigadores planean adaptar la tecnología a aplicaciones específicas según sea necesario, como una red precisa de sensores corporales diseñada para monitorizar los síntomas concretos asociados a la COVID-19.
Otros colaboradores proceden del Instituto de Tecnología de Harbin, del Instituto de Tecnología de Beijing y del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Penn State.
El trabajo contó con el apoyo de Penn State, la National Science Foundation, el Fondo de Investigación en Petróleo de la American Chemical Society, el Programa de Ciencia y Tecnología de Shenzhen, la Oficina de Industria y Tecnología de la Información de Shenzhen y la National Science Foundation de China.
Fuente: Penn State
