Los bebés en la unidad de cuidados intensivos neonatales (UCIN) son pequeños, frágiles y están cubiertos de cables. Cables para controlar la frecuencia cardíaca, cables para controlar la presión arterial, cables para controlar la temperatura, cables para controlar la oxigenación de la sangre. A los bebés les resulta difícil agitar sus pequeños brazos y a los padres les resulta aún más difícil tocarlos, y mucho menos levantarlos.
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Ahora, gracias a un avance en la ciencia de los materiales, esos cables eventualmente pueden desaparecer. Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado parches electrónicos increíblemente delgados y elásticos para monitorear una amplia variedad de signos vitales y movimientos corporales.
Estos parches "tienen el gran potencial de hacer que la atención médica y la rehabilitación humana sean mucho más eficientes y efectivas", dice John Rogers, los científicos que lideraron la investigación.
Los parches, que ahora están en pruebas en humanos, se parecen más o menos a tatuajes temporales. Se crean colocando pequeños chips semiconductores en un sustrato estirable. El sustrato está incrustado con patrones ondulados de filamentos metálicos, que permiten transportar señales eléctricas. Todo utiliza pequeñas antenas para transmitir información de forma inalámbrica, por lo que no es necesario conectarlas a ningún cable o tubería. Rogers llama a los parches "electrónica epidérmica".
El beneficio para los bebés en la UCIN es obvio: en los primeros ensayos, un bebé que seguía desconectando los cables de los sensores tradicionales no se molestó por la electrónica epidérmica. Pero no son solo los bebés de la UCIN los que pueden ganar. Rogers y su equipo también están probando electrónica epidérmica en varias áreas diferentes. Un área es la medicina de rehabilitación. A partir de junio, el equipo de Rogers lanzará una prueba en pacientes con enfermedad de Parkinson, que a menudo están debilitados por temblores involuntarios. La prueba implicará colocar parches en varios lugares en todo el cuerpo del sujeto y usarlos para medir la actividad muscular y las características del movimiento.
"El objetivo es desarrollar análisis suficientemente precisos que nos permitan determinar la aparición temprana de los temblores, caracterizar el desarrollo de la enfermedad y también determinar la eficacia de los medicamentos", dice Rogers.
Al monitorear la actividad neuromuscular de los pacientes, los investigadores incluso podrían determinar, basándose en incrementos mínimos en los temblores, si los pacientes habían estado omitiendo sus medicamentos.
La misma tecnología podría ser útil para los pacientes con accidente cerebrovascular, haciendo posible que los médicos realicen un seguimiento de su progreso mientras se someten a rehabilitación en el hogar.
Rogers y su equipo también están probando la electrónica epidérmica con varios equipos deportivos profesionales (Rogers no tiene libertad para decir cuáles, pero incluyen equipos de fútbol, béisbol y baloncesto). La tecnología podría seguir el progreso del entrenamiento, permitiendo a los entrenadores ver, por ejemplo, si un lanzador está usando la forma correcta. También podría monitorear los pequeños cambios en el movimiento que indican fatiga en el campo, permitiendo que los entrenadores vean cuándo un jugador se cansa demasiado para jugar de manera óptima, mucho antes de que sea obvio para cualquier otra persona.
"La idea es diseñar estos dispositivos de tal manera que pueda monitorear la frecuencia cardíaca, la mecánica de lanzamiento, la mecánica de tiro libre [y más]", dice Rogers.
Rogers ha estado trabajando en tecnología electrónica flexible durante años. En 2011, publicó un artículo en Science que detalla un prototipo de sus parches de piel, que luego mejoró para hacerlos más duraderos. En 2015, su laboratorio sacó una versión de los parches que podían medir el flujo sanguíneo, mientras que el año pasado crearon un parche para analizar el sudor en busca de marcadores bioquímicos. En un comentario sobre el trabajo de Rogers en Ciencia, el ingeniero Zhenqiang Ma escribió que la electrónica epidérmica podría resolver muchos de los problemas actuales con el monitoreo de la salud y "permitir que el monitoreo sea más simple, más confiable e ininterrumpido". También escribió que "otros tipos de máscaras electrónicas con aplicaciones más allá de la fisiología, como la recolección de calor corporal y las radios portátiles, también pueden indicar direcciones interesantes para el trabajo futuro".
Si bien Rogers es considerado el padre de la electrónica epidérmica, varios investigadores están trabajando en el avance de la tecnología de varias maneras. Algunos creen que la electrónica flexible algún día se usará para aplicaciones más allá de la piel, como los marcapasos cardíacos, e incluso puede llegar a ser omnipresente como monitores de salud continuos, controlando constantemente cosas como los niveles de oxígeno en la sangre y el azúcar en la sangre. Investigadores desde Stanford hasta el MIT y universidades en Japón y Suecia están trabajando en varios aspectos de la electrónica flexible, incluyendo hacer que la tecnología sea más pequeña y más duradera.
La compañía de cosméticos Laroche-Posay ha creado un parche en forma de corazón para controlar la exposición a los rayos UV; Actualmente hay una lista de espera para el dispositivo. A diferencia de la electrónica epidérmica de Rogers, que transmite datos de forma inalámbrica, el parche UV funciona cambiando de color; una aplicación de teléfono inteligente correspondiente lee los cambios de color y le dice si ha estado expuesto al sol demasiado tiempo.
Después de 10 años de trabajo creando electrónica epidérmica, los desafíos restantes están menos relacionados con la ingeniería que con la optimización y la seguridad, dice Rogers. Dado que los dispositivos transmiten de forma inalámbrica, el cifrado de datos será una preocupación. Rogers también espera desarrollar aún más los dispositivos, potencialmente dándoles la capacidad de tomar muestras de biofluidos como el sudor y hacer análisis químicos de biomarcadores que indican salud o enfermedad. (Rogers ya ha trabajado en esta área) El equipo también está estudiando el desarrollo de dispositivos para administrar líquidos a través de la piel, lo que podría ser una forma discreta de administrar medicamentos.
"Somos bastante optimistas al respecto", dice Rogers. "Hay muchas cosas que podemos hacer hoy y hay mucho potencial para cosas adicionales en el futuro".
