Los sensores médicos en la piel y los dispositivos de salud portátiles son herramientas importantes para el cuidado de la salud que deben ser increíblemente flexibles y ultradelgadas para que puedan moverse con el cuerpo humano. Además, la tecnología debe resistir la flexión y el estiramiento, y debe ser permeable a los gases para evitar la irritación y la incomodidad. Otra característica de seguridad importante de estos dispositivos es el circuito de protección contra sobrecalentamiento requerido. Esto evita que los dispositivos se sobrecalienten y quemen al usuario. Cualquier nueva tecnología desarrollada para estos sensores debe satisfacer estas necesidades.

En un artículo reciente, los investigadores demostraron cómo se puede construir un componente importante de los sensores llamado termistor utilizando una malla de fibra ultrafina. Los termistores son un tipo de resistencia cuya resistencia varía significativamente con la temperatura.

El artículo se publicó en línea en Advanced Science el 4 de septiembre.

"Se requiere un circuito de protección contra sobrecalentamiento para evitar quemar los tejidos biológicos durante el funcionamiento de los dispositivos flexibles. Un candidato es un termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) de polímero, que tiene un gran aumento en la resistencia dentro de un rango de temperatura estrecho", dijo Chihiro Okutani, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Shinshu en Japón.

"Para que dichos termistores se apliquen a los sensores médicos sobre la piel, deben poder estirarse y doblarse hasta varios cientos de micrómetros. Sin embargo, sigue siendo un desafío fabricar un termistor cuyas características de temperatura no se deterioren cuando se enrolla alrededor de una aguja con una flexión radio de menos de 1 mm."

Es importante que esta tecnología pueda envolver una aguja porque a veces los sensores se conectan a las agujas o catéteres mientras están en uso. Para lograr esto, el termistor debe ser ultradelgado. Los investigadores utilizaron una técnica llamada electrospinning para crear el termistor PTC de polímero tipo malla ultrafina. El electrohilado usa electricidad para crear fibras diminutas. Las fibras pueden estar hechas de diferentes materiales, pero en este caso, los investigadores utilizaron una solución de materiales compuestos.

Luego, se probó el termistor de nuevo diseño para garantizar que lograra capacidades de rendimiento similares a las de la tecnología existente. Al igual que los termistores tipo película típicos, el termistor PTC de polímero tipo malla mostró un aumento en la resistencia de tres órdenes de magnitud, una característica importante para evitar el sobrecalentamiento y las quemaduras.

Al usar una estructura de malla, el termistor también logró transparencia, lo que puede ayudar a que los sensores se mezclen con la piel y la permeabilidad al gas. La permeabilidad al gas es necesaria porque previene la irritación y la incomodidad. "También demostramos el funcionamiento del termistor envuelto alrededor de una aguja de 280 micrómetros al fabricar las fibras en una película ultrafina de 1,4 micrómetros", dijo Okutani.

Incluso con esta capa de fibra, que sirve para dar estructura a la malla y detección de calor adicional, el termistor permaneció muy delgado. Esto es importante porque cualquier dispositivo médico portátil debe poder resistir la flexión y, cuando el dispositivo es más delgado, hay menos tensión.

Aunque esta tecnología de termistor es prometedora, será necesario realizar más investigaciones para hacer de esta una alternativa confiable a la tecnología de termistor actual en el mercado. Un termistor tipo malla tiene un alto valor de resistencia inicial debido a su número limitado de rutas conductoras. Los investigadores propusieron que reducir el espacio entre las fibras en la malla o aumentar la cantidad de electrodos utilizados podría resolver algunos de estos problemas, pero será necesario realizar pruebas adicionales.

"Nuestro siguiente paso son las aplicaciones prácticas de los termistores desarrollados. Creemos que los termistores ultraflexibles y permeables al gas pueden actuar como componentes de prevención de sobrecalentamiento para dispositivos implantables o sobre la piel, lo que hace que los sensores flexibles sean más seguros de operar y más confiables", dijo Okutani. . + Explora más

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