Investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas de Castelldefels han desarrollado dispositivos portátiles de baja potencia que pueden monitorizar los múltiples signos vitales o la exposición a la radiación UV. El proceso de fabricación a gran escala de grafeno y puntos cuánticos demuestra que la producción masiva de estos wearables integrados de bajo coste será posible en un futuro cercano.
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| La pulsera fue fabricada para que se adaptara a la superficie de la piel y proporcionara una medición continua durante la actividad. / ICFO |
Los nuevos dispositivos tecnológicos
están priorizando sus prestaciones al seguimiento no invasivo de los
signos vitales no solo para monitorizar el estado físico, sino también
para la prevención de problemas de salud comunes como insuficiencia
cardíaca, hipertensión y complicaciones relacionadas con el estrés,
entre otros.
Sistemas portables con prestaciones tecnológicas avanzadas, basados
en mecanismos de detección óptica están demostrando ser un método
inestimable para informar sobre el funcionamiento interno de nuestro
cuerpo y han experimentado un gran impulso de integración en el mercado
de consumo.
Las tecnologías portátiles actuales, basadas en
componentes no flexibles, no ofrecen la precisión deseada y solo pueden
valorar un número limitado de signos vitales. Para hacer frente a este
problema, los sensores ópticos no invasivos adaptables que pueden medir
un conjunto más amplio de signos vitales se encuentran primeros en la
lista de deseos de los usuarios finales.
Este dispositivo basado en grafeno puede funcionar sin batería ya que se carga de forma inalámbrica a través del teléfono
En un estudio publicado en Science Advances, investigadores
del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han demostrado una nueva
clase de dispositivos flexibles y transparentes que se ajustan a la piel
y que pueden proporcionar mediciones continuas y precisas de múltiples
signos vitales.
Esta tecnología avanzada usa dos tipos de
nanomateriales: el grafeno, un material altamente flexible y
transparente hecho de una capa de átomos de carbono de un átomo de
espesor, y una capa de absorción de luz hecha de puntos cuánticos.
Estos
dispositivos pueden medir la frecuencia cardíaca, la frecuencia
respiratoria y la oxigenación del pulso sanguíneo, así como la
exposición a la radiación UV del sol. Mientras mide los diferentes
parámetros, la lectura se visualiza y almacena con una interfaz de
teléfono móvil conectada al sensor mediante bluetooth. Además, el dispositivo puede funcionar sin batería ya que se carga de forma inalámbrica a través del teléfono.
"Para
nosotros era muy importante demostrar la amplia gama de aplicaciones
potenciales de nuestra tecnología de detección de luz mediante la
creación de varios prototipos, incluyendo la pulsera flexible y
transparente, el parche de salud integrado en un teléfono móvil y el
parche de monitorización UV para la exposición al sol. Estos han
demostrado ser versátiles y eficientes debido a estas características
únicas”, declara Emre Ozan Polat, primer autor del estudio.
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| Parche UV inalámbrico y sin batería que muestra de manera activa la exposición de la piel al sol. / ICFO |
Al alcance de la mano en un futuro próximo
La
pulsera fue fabricada de tal manera que se adaptara a la superficie de
la piel y proporcionara una medición continua durante la actividad.
Incorpora un sensor de luz que puede registrar el cambio en el volumen
de los vasos sanguíneos debido al ciclo cardíaco, y luego extraer
diferentes signos vitales como la frecuencia cardíaca, la frecuencia
respiratoria y la oxigenación del pulso sanguíneo.
En segundo
lugar, los investigadores han informado sobre la integración de un
parche de grafeno en la pantalla de un teléfono móvil, que mide
instantáneamente y muestra signos vitales en tiempo real cuando un
usuario coloca un dedo en la pantalla.
Para los autores, la producción en serie de dispositivos de bajo coste estará al alcance de la mano en un futuro próximo
Una característica única del prototipo es que utiliza luz ambiental
para funcionar, promoviendo un bajo consumo de energía en estos wearables integrados y, por lo tanto, permitiendo una medición continua de los marcadores de salud durante largos períodos de tiempo.
Finalmente,
han podido demostrar un rango amplio de detección de longitudes de onda
con esta tecnología, ampliando la funcionalidad de los prototipos más
allá del rango visible. Utilizando la misma tecnología central, han
fabricado un prototipo de parche UV flexible capaz de transferir de
forma inalámbrica tanto energía como datos, y de operar sin baterías
para detectar el índice UV ambiental.
El parche funciona con un
bajo consumo de energía y cuenta con un sistema de detección de rayos UV
de alta eficiencia que puede fijarse a la ropa o a la piel, y que puede
utilizarse para controlar la exposición a la radiación solar, alertando
al usuario en caso de sobreexposición.
"Estamos entusiasmados con
las posibilidades de esta tecnología, que apunta hacia una integración
escalable de los puntos cuánticos con grafeno en circuitos totalmente
flexibles que mejoren la forma, la sensación, la durabilidad y el
rendimiento", comenta Frank Koppens, líder del grupo de
Nanooptoelectrónica Cuántica del ICFO. "Estos resultados demuestran que
esta plataforma flexible y portátil es compatible con procesos de
fabricación escalables, lo que sugiere que la producción en serie de
dispositivos de bajo coste estará al alcance de la mano en un futuro
próximo".
Referencia bibliográfica:
Flexible graphene photodetectors for wearable fitness monitoring, SCIENCE ADVANCES Polat et al., Sci. Adv. 2019; 5 : eaaw7846
Este trabajo ha sido financiado por la Fundación Cellex, por la ayuda del Consejo Europeo de Investigación (ERC) Proof of Concept “GRAPHEALTH”, y por el Graphene Flagship.
Fuente: ICFO
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