Sensor biodegradable monitoriza enfermedades serias

Un nuevo estudio describe cómo un sensor de presión biodegradable puede monitorizar la enfermedad pulmonar crónica, el edema cerebral y otras afecciones médicas antes de disolverse inofensivamente en el cuerpo.

En desarrollo en la Universidad de Connecticut (UConn; Storrs, EUA), el nuevo sensor está compuesto por dos capas de película de polímero piezoeléctrico de poli-D, L-lacturo (PDLLA) intercaladas entre electrodos de molibdeno en miniatura, y luego encapsuladas en capas de ácido poliláctico (PLA). La película piezoeléctrica PLLA emite una pequeña carga eléctrica cuando se le aplica presión, lo que le permite medir con precisión las presiones entre 0-18 kPa y mantener niveles de desempeño confiables durante un período de hasta cuatro días en un entorno acuoso.

En un estudio de prueba de concepto, los investigadores implantaron el sensor piezoeléctrico PLLA en la cavidad abdominal de un ratón para controlar la presión de la contracción diafragmática y la frecuencia respiratoria. El sensor implantado estaba cableado a un amplificador de señal externo, que transmitía las señales eléctricas realzadas a un osciloscopio. Después de cuatro días, el sensor se descompuso en sus componentes orgánicos individuales. La respuesta inmune se limitó a una inflamación menor en los tejidos circundantes, que volvió a la normalidad después de cuatro semanas. El estudio fue publicado el 16 de enero de 2018 en revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“Estamos muy entusiasmados porque es la primera vez que se usan estos materiales biocompatibles de esta manera”, dijo el autor principal Thanh Duc Nguyen, PhD, del Instituto de Ciencia de Materiales de la Universidad de Connecticut. “Los sensores médicos a menudo se implantan directamente en los tejidos blandos y órganos. Sacarlos puede causar daño adicional. Sabíamos que si pudiéramos desarrollar un sensor que no requiriera cirugía para extraerlo, sería un avance realmente significativo”.

“Hay muchas aplicaciones para este sensor. Digamos que el sensor se implanta en el cerebro; podemos usar cables biodegradables y colocar los componentes electrónicos no degradables que los acompañan lejos del delicado tejido cerebral, como debajo de la piel detrás de la oreja, de forma similar a un implante coclear”, concluyó el Dr. Nguyen. “Entonces solo requeriría un tratamiento menor para eliminar los componentes electrónicos, sin preocuparse de que el sensor esté en contacto directo con el tejido cerebral blando”.

La piezoelectricidad, descubierta en 1880 por los físicos franceses, Jacques y Pierre Curie, es un efecto reversible en los cristales que describe la generación interna de una carga eléctrica como resultado de una fuerza mecánica. Por ejemplo, los cristales de titanato zirconato de plomo generarán piezoelectricidad medible cuando su estructura estática se deforme en aproximadamente un 0,1% de la dimensión original. Por el contrario, esos mismos cristales cambiarán aproximadamente el 0,1% de su dimensión estática cuando se aplica un campo eléctrico externo al material. El efecto piezoeléctrico inverso se usa en la producción de ondas de sonido ultrasónicas.