Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Purdue han inventado y están desarrollando dispositivos médicos no invasivos para hacer que el seguimiento y el tratamiento de ciertas condiciones fisiológicas y psicológicas sean más oportunos y precisos.
Wenzhuo Wu, profesor asociado de ingeniería industrial Ravi y Eleanor Talwar Rising Star, dijo que el monitoreo repetido y no invasivo de los niveles de ácido úrico (UA) en el sudor humano durante largos períodos de tiempo podría permitir el diagnóstico, la terapia y el pronóstico sin precedentes de varias afecciones. incluyendo ansiedad e hipertensión.
"Mi equipo y yo hemos creado nuevos sensores portátiles no invasivos que monitorean los niveles de ácido úrico en el sudor humano", dijo Wu. "Estos sensores con patente pendiente, llamados EPICS, tienen mayor sensibilidad y mejor portabilidad y pueden fabricarse con materiales menos costosos que los sensores tradicionales que miden los niveles de ácido úrico".
Se ha publicado un artículo sobre la investigación en Nano Energy.
Wu dijo que la UA se produce en el cuerpo humano como un producto final del metabolismo de las purinas. También actúa como una alarma que desencadena la inflamación como respuesta inmune.
"La variación en la concentración de AU podría indicar enfermedades fisiológicas como gota, hiperuricemia e hipertensión, así como condiciones psicológicas como ansiedad y depresión", afirmó Wu.
"Estudios recientes informan que las enfermedades fisiológicas asociadas con niveles anormales de UA afectan aproximadamente entre el 1% y el 4% de la población mundial y cuestan más de 20 mil millones de dólares en gastos médicos anuales. Las condiciones psicológicas asociadas con niveles anormales de UA afectan al 8,74% de la población de EE. UU. y cuesta $33,7 mil millones de dólares en gastos médicos relacionados anualmente."
Wu explicó que existen medidas clínicas bien establecidas de los niveles de AU en sangre que se utilizan para el control del metabolismo y la nutrición. También dijo que tienen desventajas.
"La naturaleza intrusiva de la recolección de sangre y el retraso entre la recolección de muestras y el análisis son obstáculos importantes, especialmente para los tratamientos remotos personalizados como la prevención de brotes y el control nutricional justo a tiempo", dijo Wu. "El seguimiento de los niveles de UA en muestras de sudor tiene la ventaja de no ser invasivo y ofrecer resultados en tiempo real".
Wu dijo que los sensores portátiles actuales para medir los niveles de UA en el sudor tienen varias limitaciones, incluidos procesos de fabricación complicados, instrumentos sofisticados, materias primas costosas y un rendimiento insatisfactorio.
"Los niveles de UA en el sudor de un ser humano sano son significativamente más bajos que los niveles de UA en la sangre. Esto significa que los sensores deben tener límites de detección superiores", dijo Wu. "Además, la monitorización continua requiere un contacto íntimo entre el sensor UA y la piel humana, lo que impone requisitos adicionales en cuanto a la portabilidad de los sensores".
Wu y su equipo han desarrollado EPICS, que son sensores flexibles y no invasivos que monitorean el ácido úrico en el sudor humano. Crearon los sensores a partir de óxido de zinc, un material no tóxico, biocompatible y electroquímicamente activo.
"Nuestro diseño permite la posibilidad de una monitorización no invasiva de la UA con un rendimiento mejorado gracias a la energía mecánica que de otro modo se desperdiciaría, como la del cuerpo humano", dijo Wu. "Los principios piezoelectrocatalíticos fundamentales también se pueden extender a otros materiales piezoeléctricos con propiedades catalíticas para detección de alto rendimiento en las áreas biomédica, farmacéutica y agrícola".
Wu y su equipo han probado EPICS en el Flex Lab de la Universidad Purdue desde el verano de 2021. Dijo que los resultados muestran que EPICS superó a los sensores UA tradicionales en las pruebas.
"Demostramos que los dispositivos EPICS logran una mejora cuádruple en el rendimiento de detección de UA con una pequeña tensión de compresión impulsada por piezoelectrocatálisis durante la oxidación electroquímica de UA en las superficies de nanobarras de óxido de zinc deformadas mecánicamente", dijo Wu. "Los dispositivos EPICS mostraron una sensibilidad y un límite de detección superiores, superando a todos los sensores UA electroquímicos flexibles reportados".
Wu y el equipo de investigación realizarán pruebas adicionales para validar la detección corporal de EPICS y evaluar el rendimiento del sensor a lo largo del tiempo.
Más información: Jing Jiang et al, sensor de ácido úrico piezoelectrocatalítico flexible, Nano Energy (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108978
Información de la revista: Nanoenergía
Proporcionado por la Universidad Purdue
