Hidrogeles de grafeno impulsan una nueva generación de biosensores

Los sensores de hidrogel de grafeno sintonizables, desarrollados en Drexel y Penn State, pueden captar señales biológicas a través del cabello, el sudor, la flexión y el estiramiento.

¿Cómo se pueden mejorar los biosensores portátiles para que mantengan el contacto con la piel sin dejar de proporcionar datos esenciales sobre la salud? Un estudio reciente publicado en Science Advances busca responder a esta pregunta. Un equipo de científicos investigó un nuevo tipo de biosensor capaz de mantener un contacto prolongado con la piel sin perder datos de salud. Este estudio tiene el potencial de ayudar a científicos, profesionales médicos y al público en general a comprender mejor los nuevos métodos de monitorización de la salud en su vida diaria.

Biosensor de hidrogel flexible. Crédito: Universidad de Drexel

Los biosensores han revolucionado la atención médica domiciliaria en las últimas dos décadas. Dispositivos como los monitores portátiles de frecuencia cardíaca y glucosa en sangre brindan a las personas con enfermedades crónicas la información y la tranquilidad que necesitan para mantener un estilo de vida activo. Sin embargo, incluso los mejores sensores tienen limitaciones en cuanto a su capacidad para mantener el contacto con la piel durante la actividad física intensa. Investigadores de la Universidad de Drexel y la Universidad Estatal de Pensilvania asumieron el reto de mejorar el material de hidrogel utilizado en los biosensores. En una investigación publicada recientemente, presentaron una nueva fórmula para fabricar un sustrato gelatinoso versátil, duradero y lo suficientemente adhesivo como para lograr una conexión más fuerte.

El equipo buscaba que sus sensores de hidrogel se pudieran aplicar fácilmente a cualquier parte del cuerpo. Esto implicaba poder producirlos con formas y tamaños personalizados. Para lograr esta flexibilidad de diseño, los investigadores incorporaron un mecanismo químico —accionado por el pH de la mezcla— para retrasar el proceso de coagulación del gel. Al ajustar el pH de la solución, los investigadores lograron activar la formación del gel dentro de la jeringa. Esto permite dispensarlo fácilmente sobre la piel y crear un sensor que se adapta rápidamente a la zona de aplicación.

«Esta flexibilidad de fabricación nos permite fabricar electrodos personalizados con diferentes formas y patrones que se adaptan con precisión a zonas específicas del cuerpo o a cada usuario», explicó Abdullah. «En lugar de posibilitar un tipo de medición fisiológica completamente nuevo, nuestro hidrogel hace que las mediciones existentes sean más fiables en condiciones reales y exigentes».

Para mejorar la durabilidad y la conductividad eléctrica del hidrogel —convirtiéndolo en un sensor más potente—, los investigadores añadieron láminas de nanomaterial a base de grafeno a la mezcla. Estas láminas, denominadas grafeno inducido por láser y óxido de grafeno reducido, formaron una red porosa dentro del hidrogel, lo que también permite que el sudor lo atraviese sin generar acumulaciones que puedan interferir con el sensor o desplazarlo.

Por último, el equipo incluyó polidopamina, un polímero ampliamente utilizado como "adhesivo biológico" que imita las proteínas adhesivas presentes en el tejido muscular, lo que lo convierte en un excelente adhesivo para fijar objetos a tejidos biológicos. Este compuesto adhesivo biológico no solo sirvió para fijar firmemente los sensores a la piel, sino también para asegurar que permanecieran adheridos durante la actividad física y la sudoración.

En las pruebas preliminares, el equipo descubrió que sus optimizaciones producían hidrogeles tan suaves como el tejido humano, que pueden estirarse hasta 80 veces su tamaño original y son lo suficientemente resistentes como para retirarlos y volver a aplicarlos docenas de veces sin que se degrade su rendimiento. Además, lograron una fuerte adhesión de la piel a objetos que van desde cobre y acero hasta vidrio y caucho, lo que demuestra su potencial para su uso en diversas tecnologías de detección biomédica.

«Si un sensor resulta incómodo, rígido o pierde contacto con la piel durante el movimiento, puede introducir ruido en las señales registradas y reducir la calidad de los datos», afirmó el Dr. Abu Musa Abdullah , investigador postdoctoral en ingeniería mecánica y mecánica de la Universidad de Drexel y coautor del estudio. «Nuestro hidrogel está diseñado para adaptarse perfectamente a la piel, incluso en zonas con vello o sudorosas y durante el movimiento, lo que ayuda a mantener una calidad de señal estable y mejora la comodidad incluso después de su uso durante varios ciclos».

Tomado de:  EurekAlert!

 Fuente: Science Advances