Sensor de tensión de fibra rígida. El sensor incluye dos electrodos de fibra óptica conductores con un diseño de núcleo hueco de doble espiral. Fuente: Lee et al. (Nature Electronics, 2021).
Los dispositivos electrónicos implantables se encuentran entre las tecnologías médicas más prometedoras porque pueden ayudar a monitorear de forma remota procesos biológicos específicos relacionados con la salud del paciente. Si bien los científicos han desarrollado una amplia variedad de dispositivos implantables durante la última década, las tecnologías existentes tienen varias limitaciones que pueden impedir su uso generalizado en un entorno clínico.
El primer factor que impide la implementación a gran escala de las tecnologías implantables existentes es el desajuste estructural entre estos dispositivos y la mayoría de los órganos / tejidos del cuerpo, que normalmente tienen estructuras complejas 1D o 3D. En segundo lugar, la fijación confiable de dispositivos electrónicos blandos a órganos que se mueven o pulsan ha demostrado ser muy difícil hasta la fecha.
Los científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu-Gyeongbuk (DGIST) en Corea del Sur y la ETH en Zúrich desarrollaron recientemente un nuevo dispositivo sensor de tensión basado en fibra que podría superar las limitaciones de la electrónica implantable existente. Este sensor, presentado en un artículo publicado en Naturaleza ElectrónicaIncluye un sensor de deformación capacitivo de fibra óptica con una bobina inductiva para lectura inalámbrica.
“El objetivo principal de este trabajo fue superar las limitaciones prácticas de los dispositivos electrónicos implantables existentes”, dijo Jaehong Lee, uno de los investigadores que realizó el estudio. TechXplore. “Para lograr esto, hemos desarrollado un dispositivo electrónico implantable (en particular, un sensor de tensión inalámbrico) hecho de una fibra suturada que mejora significativamente el desajuste estructural de los dispositivos de implantes planos existentes y los problemas de fijación”.
El sensor de deformación desarrollado por Lee y sus colegas consta de dos electrodos de fibra conductora alojados en una estructura de núcleo hueco en espiral doble. Cuando se aplica tensión de tracción a dos fibras, se enderezan, lo que cambia una propiedad eléctrica específica del sensor (es decir, su capacitancia).
“Podemos monitorear la carga aplicada midiendo de forma inalámbrica el cambio en la capacitancia del sensor”, dijo Lee. “Basado en el núcleo hueco del sensor, las fibras conductoras helicoidales dobles se pueden enderezar rápidamente por debajo deformación en tensión, logrando una mayor sensibilidad que la distorsión capacitiva existente sensores. Más importante aún, el sensor de estrés en este trabajo se puede suturar directamente a los tejidos u órganos diana basándose en su ventaja estructural única que asegura una fijación estable durante un largo período de tiempo ”.
Lee y sus colegas evaluaron su sensor implantable a través de una serie de análisis matemáticos y simulaciones. El dispositivo resultó funcionar excepcionalmente bien. Además, su rendimiento se puede modular o adaptar a las necesidades de aplicaciones específicas.
El sensor desarrollado por este equipo de científicos podría ayudar a superar las principales limitaciones prácticas de los dispositivos implantables existentes (es decir, desajuste estructural y fijación estable). A diferencia de otras soluciones desarrolladas en el pasado, de hecho, este nuevo dispositivo se puede suturar directamente a los tejidos u órganos diana.
En el futuro, la última investigación de Lee y sus colegas podría ayudar a desarrollar una electrónica más eficiente y confiable para monitorear señales biomecánicas específicas en el cuerpo humano. Por ejemplo, el dispositivo de los investigadores podría resultar útil en la rehabilitación personalizada en aplicaciones ortopédicas y en el estudio de la biomecánica relacionada con el deporte.
“Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de un sistema electrónico básico para aplicaciones biomédicas y creemos que será un gran paso hacia las aplicaciones clínicas de dispositivos electrónicos implantables”, dijo Lee. “En el siguiente paso, el sistema sensor debería ser bioreabsorbible para eliminar la necesidad de una segunda operación para extraer el implante equipo después de su uso. Es por eso que actualmente estamos trabajando en la mejora de un sensor basado en fibra implantable para convertirlo en un sistema completamente bioabsorbible ”.
Sensores de fibra cosida y estirable para el control inalámbrico de la deformación del tejido conectivo. Naturaleza Electrónica(2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00557-1.
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