Los sensores de salud portátiles capaces de monitorear continuamente los cambios en el cuerpo se han convertido en un avance masivo en la tecnología de la salud en los últimos años.
Estos dispositivos, junto con los parches médicos y los apósitos para heridas, a menudo necesitan permanecer en contacto con la piel durante horas o días. Sin embargo, los hidrogeles ricos en agua que se utilizan habitualmente en estos productos pueden atrapar el calor y el sudor, lo que podría causar irritación e interrumpir las lecturas del sensor.
En un nuevo estudio publicado en Nature, ingenieros dirigidos por un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) informan que han desarrollado un hidrogel que contiene una red tridimensional estable de canales microscópicos llenos de aire.
Un estudio de 2024 publicado en Science Advances logró ocho días de monitorización continua de la piel utilizando un sensor de hidrogel permeable a los gases de unos 10 micrómetros de espesor y reforzado con una nanomalla de poliuretano.
El nuevo estudio del MIT adopta un enfoque diferente: crea una red estable de vías de aire dentro de un hidrogel a granel manteniendo al mismo tiempo un contenido de agua del 70 por ciento.
A pesar de estar compuesto en un 70 por ciento de agua, el material alcanzó una permeabilidad al oxígeno de hasta 185 barrer (¡no es un error tipográfico, es la unidad de medida de la permeabilidad al gas!) en pruebas de laboratorio.
Esto es aproximadamente 10 veces más permeable que un hidrogel convencional.
Inspirándose en la arquitectura de transporte de aire de los pulmones humanos, los investigadores tomaron una receta de hidrogel normal y añadieron una pequeña cantidad de partículas de aerogel de sílice, esencialmente burbujas de aire de “forma sólida”. Estas partículas repelentes del agua atrapan el aire y evitan que los pequeños espacios de aire en su interior colapsen o se llenen de agua.
Durante la producción, las partículas se juntaron dentro del hidrogel para formar una red delgada e interconectada de canales llenos de aire. Estos canales permitieron que el oxígeno y el vapor de agua viajaran a través del material mientras conservaba su alto contenido de agua.
Los hidrogeles también transmitieron vapor de agua a velocidades de 10 a 100 veces mayores que los parches de silicona y poliuretano, lo que ayudó a que la humedad escapara de la piel.
El hidrogel también era suave y duradero, y conservaba alrededor del 95 por ciento de su permeabilidad al aire después de 10.000 ciclos de estiramiento.
Para demostrar la portabilidad del nuevo producto, los investigadores probaron la comodidad de usar sus parches en comparación con los de silicona más comunes.
Las imágenes infrarrojas tomadas dos minutos después de que se retiraron los parches mostraron que la temperatura de la piel debajo de un parche de silicona comercial había aumentado 6,5 grados Celsius después de un entrenamiento de 20 minutos.
Sin embargo, debajo del nuevo hidrogel había caído alrededor de 1 grado, posiblemente porque el material permitía que el calor escapara de manera más eficiente.
También se acumuló una cantidad sustancial de sudor debajo del parche de silicona, mientras que la piel cubierta por el hidrogel respirable permaneció similar a la piel descubierta.
En otra prueba, 10 voluntarios usaron los nuevos parches en el pecho durante una hora de ejercicio moderado, y ninguno informó picazón, irritación u otras reacciones cutáneas adversas.
El equipo también adaptó el hidrogel para usarlo como electrodo que registra la actividad eléctrica del corazón.
Durante las pruebas de ciclismo, los electrodos de hidrogel convencionales produjeron señales de electrocardiograma (ECG) menos estables a medida que se acumulaba el sudor. Los electrodos fabricados con hidrogel permeable al aire mantuvieron lecturas más claras durante y después del ejercicio.
En la monitorización extendida, los electrodos de hidrogel se usaron continuamente durante 10 días y continuaron registrando señales de ECG utilizables durante actividades como dormir, trabajar, caminar y hacer ejercicio.
Xuanhe Zhao, autor principal del estudio e ingeniero mecánico del MIT, dijo a ScienceAlert que las aplicaciones más inmediatas podrían incluir dispositivos médicos portátiles, apósitos para heridas y monitores de salud montados en la piel.
“Estas tecnologías a menudo requieren un contacto prolongado con la piel, pero los hidrogeles convencionales atrapan el calor y la humedad porque no dejan pasar suficiente oxígeno y vapor de agua”, dijo Zhao.
“Nuestro material supera esta limitación manteniendo el alto contenido de agua y la suavidad que hacen que los hidrogeles sean cómodos y biocompatibles”.
Sin embargo, el material aún no está listo para uso clínico. Zhao dice que será necesario realizar más estudios para evaluar su biocompatibilidad a largo plazo, su rendimiento en animales grandes, la esterilización, la fabricación a escala, la vida útil y la seguridad regulatoria.
Las pruebas en humanos fueron pequeñas y diseñadas principalmente para demostrar la viabilidad del material.
Las evaluaciones de ejercicio y comodidad involucraron hasta 10 voluntarios, mientras que las mediciones de fisiología de la piel incluyeron solo a dos participantes y la comparación del ECG de esfuerzo involucró a tres. Por lo tanto, se necesitarán estudios más amplios y diversos para confirmar los hallazgos.
El material también deberá adaptarse a productos individuales, ya que cada uno de los apósitos, los sensores portátiles y los implantes tiene requisitos diferentes.
El material actual no es inherentemente adhesivo, lo que significa que aún requiere un respaldo o mecanismo de fijación separado para permanecer en la piel.
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A largo plazo, el diseño podría utilizarse en ingeniería de tejidos y dispositivos implantables, donde mantener las células abastecidas de oxígeno sigue siendo un gran desafío.
“Muchos tejidos e implantes diseñados requieren un transporte eficiente de oxígeno para mantener la viabilidad celular, y nuestro material ofrece una manera de mejorar el intercambio de gases preservando al mismo tiempo el ambiente hidratado que las células necesitan”, dijo Zhao.
Sin embargo, advierte que las aplicaciones implantables requerirán muchas más pruebas, lo que hará que los usos basados en la piel sean el primer paso más realista.
Los hallazgos se informan en Nature.