Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un parche suave y elástico para la piel que se puede usar en el cuello para realizar un seguimiento continuo de la presión arterial y la frecuencia cardíaca mientras se miden los niveles de glucosa, lactato, alcohol o cafeína del usuario.es el primer dispositivo portátil que monitorea las señales cardiovasculares y múltiples niveles bioquímicos en el cuerpo humano al mismo tiempo.
"Este tipo de dispositivo portátil sería muy útil para que las personas con afecciones médicas subyacentes monitoreen su propia salud de manera regular", dijo Lu Yin, estudiante de doctorado en nanoingeniería en UC San Diego y coautor principal delestudio publicado el 15 de febrero en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza . "También serviría como una gran herramienta para el monitoreo remoto de pacientes, especialmente durante la pandemia de COVID-19 cuando la gente está minimizando las visitas en persona a la clínica".
Un dispositivo de este tipo podría beneficiar a las personas que controlan la presión arterial alta y la diabetes, personas que también tienen un alto riesgo de enfermarse gravemente con COVID-19. También podría usarse para detectar la aparición de sepsis, que se caracteriza porcaída de la presión arterial acompañada de un rápido aumento del nivel de lactato.
Un parche suave para la piel que pueda hacerlo todo también ofrecería una alternativa conveniente para los pacientes en las unidades de cuidados intensivos, incluidos los bebés en la UCIN, que necesitan un control continuo de la presión arterial y otros signos vitales. Estos procedimientos actualmente implican la inserción de catéteres en el interiorarterias de los pacientes y atar a los pacientes a varios monitores del hospital.
"La novedad aquí es que tomamos sensores completamente diferentes y los fusionamos en una única plataforma pequeña tan pequeña como un sello", dijo Joseph Wang, profesor de nanoingeniería en UC San Diego y coautor correspondiente del estudio."Podemos recopilar tanta información con este wearable y hacerlo de forma no invasiva, sin causar molestias o interrupciones en la actividad diaria".
El nuevo parche es producto de dos esfuerzos pioneros en el Centro de Sensores Usables de UC San Diego, del cual Wang se desempeña como director. El laboratorio de Wang ha estado desarrollando dispositivos portátiles capaces de monitorear múltiples señales simultáneamente - químicas, físicas y electrofisiológicas -En el laboratorio de Sheng Xu, profesor de nanoingeniería de UC San Diego, los investigadores han estado desarrollando parches electrónicos suaves y elásticos para la piel que pueden monitorear la presión arterial en las profundidades del cuerpo. Al unir fuerzas, los investigadores crearon el primer dispositivo portátil flexible y elásticodispositivo que combina la detección química glucosa, lactato, alcohol y cafeína con el control de la presión arterial.
"Cada sensor proporciona una imagen separada de un cambio físico o químico. Integrarlos todos en un parche portátil nos permite unir esas diferentes imágenes para obtener una descripción más completa de lo que sucede en nuestros cuerpos", dijo Xu, quientambién es coautor correspondiente del estudio.
parche de todos los oficios
El parche es una hoja delgada de polímeros elásticos que se pueden amoldar a la piel. Está equipado con un sensor de presión arterial y dos sensores químicos, uno que mide los niveles de lactato un biomarcador del esfuerzo físico, cafeína y alcohol ensudor y otro que mide los niveles de glucosa en el líquido intersticial.
El parche es capaz de medir tres parámetros a la vez, uno de cada sensor: presión arterial, glucosa y lactato, alcohol o cafeína. "Teóricamente, podemos detectarlos todos al mismo tiempo, pero eso requeriría unadiseño de sensor diferente ", dijo Yin, quien también es estudiante de doctorado en el laboratorio de Wang.
El sensor de presión arterial se encuentra cerca del centro del parche. Consiste en un conjunto de pequeños transductores de ultrasonido que se sueldan al parche con una tinta conductora. Un voltaje aplicado a los transductores hace que envíen ondas de ultrasonido al cuerpo.Cuando las ondas de ultrasonido rebotan en una arteria, el sensor detecta los ecos y traduce las señales en una lectura de presión arterial.
Los sensores químicos son dos electrodos que están impresos en el parche con tinta conductora. El electrodo que detecta el lactato, la cafeína y el alcohol está impreso en el lado derecho del parche; funciona liberando un medicamento llamado pilocarpina en la piel parainduce el sudor y detecta las sustancias químicas en el sudor. El otro electrodo, que detecta la glucosa, está impreso en el lado izquierdo; funciona al pasar una corriente eléctrica suave a través de la piel para liberar líquido intersticial y medir la glucosa en ese líquido.
Los investigadores estaban interesados en medir estos biomarcadores particulares porque afectan la presión arterial. "Elegimos parámetros que nos darían una medición de la presión arterial más precisa y confiable", dijo la coautora principal Juliane Sempionatto, doctora en nanoingeniería.estudiante en el laboratorio de Wang.
"Supongamos que está controlando su presión arterial y observa picos durante el día y cree que algo anda mal. Pero una lectura de biomarcadores podría indicarle si esos picos se debieron a una ingesta de alcohol o cafeína. Esta combinación de sensorespuede darte ese tipo de información ", dijo.
En las pruebas, los sujetos usaron el parche en el cuello mientras realizaban varias combinaciones de las siguientes tareas: hacer ejercicio en una bicicleta estática; comer una comida con alto contenido de azúcar; beber una bebida alcohólica; y beber una bebida con cafeína. Mediciones del parche de cercacoincidieron con los recolectados por dispositivos comerciales de monitoreo, como un manguito de presión arterial, medidor de lactato en sangre, glucómetro y alcoholímetro. Las mediciones de los niveles de cafeína de los usuarios se verificaron con mediciones de muestras de sudor en el laboratorio enriquecidas con cafeína.
Desafíos de ingeniería
Uno de los mayores desafíos al hacer el parche fue eliminar la interferencia entre las señales de los sensores. Para hacer esto, los investigadores tuvieron que averiguar el espacio óptimo entre el sensor de presión arterial y los sensores químicos. Encontraron que un centímetro de espaciohizo el truco manteniendo el dispositivo lo más pequeño posible.
Los investigadores también tuvieron que averiguar cómo proteger físicamente los sensores químicos del sensor de presión arterial. Este último normalmente viene equipado con un gel de ultrasonido líquido para producir lecturas claras. Pero los sensores químicos también están equipados con sus propios hidrogeles., y el problema es que si cualquier gel líquido del sensor de presión arterial fluye y hace contacto con los otros geles, causará interferencia entre los sensores. Por lo tanto, los investigadores usaron un gel de ultrasonido sólido, que encontraron que también funcionacomo la versión líquida pero sin fugas.
"Encontrar los materiales correctos, optimizar el diseño general, integrar los diferentes componentes electrónicos juntos de manera perfecta; estos desafíos tomaron mucho tiempo para superar", dijo el coautor principal Muyang Lin, un estudiante de doctorado en nanoingenieríaen el laboratorio de Xu. "Tenemos la suerte de tener esta gran colaboración entre nuestro laboratorio y el laboratorio del profesor Wang. Ha sido muy divertido trabajar con ellos en este proyecto".
Pasos siguientes
El equipo ya está trabajando en una nueva versión del parche, una con aún más sensores. "Hay oportunidades para monitorear otros biomarcadores asociados con diversas enfermedades. Estamos buscando agregar más valor clínico a este dispositivo", dijo Sempionatto..
El trabajo en curso también incluye encoger los componentes electrónicos del sensor de presión arterial. En este momento, el sensor debe estar conectado a una fuente de alimentación y una máquina de mesa para mostrar sus lecturas. El objetivo final es poner todo esto en el parche y hacertodo inalámbrico.
"Queremos hacer un sistema completo que sea totalmente portátil", dijo Lin. Esta investigación fue apoyada por el Centro de Sensores Portátiles de UC San Diego y los Institutos Nacionales de Salud subvención n. ° 1R21EB027303-01A1.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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