Imprimen sensores ponibles directamente en la piel sin aplicar calor

Un equipo internacional de investigadores desarrolló una técnica novedosa para producir sensores biométricos precisos y de alto rendimiento.

Los sensores portátiles están evolucionando desde relojes y electrodos hasta dispositivos flexibles que brindan mediciones biométricas mucho más precisas y comodidad para los usuarios.

Ahora, un equipo internacional de investigadores ha llevado la evolución un paso más allá al imprimir sensores directamente en la piel humana sin el uso de calor.

Dirigido por Huanyu “Larry” Cheng, profesora de desarrollo profesional Dorothy Quiggle en el Departamento de Ingeniería, Ciencia y Mecánica de Penn State, el equipo publicó sus resultados en ACS Applied Materials & Interfaces.

“En este artículo, informamos sobre una técnica de fabricación simple pero universalmente aplicable con el uso de una nueva capa de ayuda de sinterización para permitir la impresión directa de sensores corporales“, dijo el primer autor Ling Zhang, investigador del Instituto de Tecnología de Harbin en China. y en el laboratorio de Cheng.

Cheng y sus colegas desarrollaron previamente placas de circuito impreso flexibles para su uso en sensores portátiles, pero la impresión directa sobre la piel se ha visto obstaculizada por el proceso de unión de los componentes metálicos en el sensor.

Este proceso, llamado sinterización, generalmente requiere temperaturas de alrededor de 300 grados Celsius para unir las nanopartículas de plata del sensor.

“La superficie de la piel no puede soportar una temperatura tan alta, obviamente“, dijo Cheng.

“Para sortear esta limitación, propusimos una capa de ayuda para la sinterización, algo que no dañara la piel y podría ayudar a que el material se sinterice a una temperatura más baja”.

Al agregar una nanopartícula a la mezcla, las partículas de plata se sinterizan a una temperatura más baja de aproximadamente 100 grados Celsius.

“Eso puede usarse para imprimir sensores en ropa y papel, lo cual es útil, pero aún es más alto de lo que podemos soportar a la temperatura de la piel“, dijo Cheng, quien señaló que alrededor de 40 grados Celsius aún 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 de ayuda a la sinterización a temperatura ambiente consta de pasta de alcohol polivinílico, el ingrediente principal de las mascarillas faciales pelables, y carbonato de calcio, que contiene cáscaras de huevo.

La capa reduce la rugosidad de la superficie de impresión y permite una capa ultrafina de patrones metálicos que se pueden doblar mientras se mantienen las capacidades electromecánicas.

Cuando se imprime el sensor, los investigadores utilizan un soplador de aire, como un secador de pelo en frío, para eliminar el agua que se utiliza como disolvente en la tinta.

“El resultado es profundo”, dijo Cheng. “No necesitamos depender del calor para sinterizar“.

Los sensores son capaces de capturar de forma precisa y continua la temperatura, la humedad, los niveles de oxígeno en sangre y las señales de rendimiento cardíaco, según Cheng.

Los investigadores también vincularon los sensores corporales en una red con capacidades de transmisión inalámbrica para monitorear la combinación de señales a medida que avanzan.

El proceso también es ecológico, dijo Cheng.

El sensor permanece robusto en agua tibia durante unos días, pero una ducha caliente lo eliminará fácilmente.

“Podría reciclarse, ya que la extracción no daña el dispositivo“, dijo Cheng.

“Y, lo que es más importante, la eliminación tampoco daña la piel.

Eso es especialmente importante para las personas con piel sensible, como los ancianos y los bebés.

El dispositivo puede ser útil sin ser una carga adicional para la persona que lo usa o para el medio ambiente “.

A continuación, los investigadores planean modificar la tecnología para apuntar a aplicaciones específicas según sea necesario, como una red de sensores corporales precisos colocados para monitorear los síntomas particulares asociados con COVID-19.

Fuente: PennState