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Sensores de nanocelulosa biocompatibles y flexibles
Courtesy Empa by Andrea Six: Parámetros fisiológicos en nuestra sangre se pueden determinar sin punciones dolorosas. Los investigadores de Empa están trabajando actualmente con un equipo canadiense para desarrollar sensores de nanocelulosa flexibles y biocompatibles que se pueden unir a la piel. Chips analíticos impresos en 3D hechos de materias primas renovables serán incluso biodegradables en el futuro.
La idea de medir parámetros que son relevantes para nuestra salud a través de la piel ya se ha arraigado en el diagnóstico médico. A los diabéticos, por ejemplo, se les puede determinar sin dolor su nivel de azúcar en la sangre con un sensor en lugar de tener que pincharse los dedos. Los investigadores de Empa, junto con científicos de Canadá, han producido un nuevo sensor flexible que se encuentra en la superficie de la piel y es biocompatible porque está hecho de nanocelulosa.
Una lámina transparente de madera.
La nanocelulosa es una materia prima económica y renovable, que se puede obtener en forma de cristales y fibras, por ejemplo de la madera. Sin embargo, la apariencia original de un árbol ya no tiene nada que ver con la sustancia gelatinosa, que puede consistir en nanocristales de celulosa y nanofibras de celulosa. Otras fuentes del material son bacterias, algas o residuos de la producción agrícola. Por lo tanto, la nanocelulosa no solo es relativamente fácil y sostenible de obtener. Sus propiedades mecánicas también hacen que el «super pudín» sea un producto interesante. Por ejemplo, se pueden desarrollar nuevos materiales compuestos basados en nanocelulosa que podrían usarse como recubrimientos de superficie, películas transparentes de embalaje o incluso para producir objetos cotidianos como botellas de bebidas.
Los investigadores del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Empa y Woo Soo Kim de la Universidad Simon Fraser en Burnaby, Canadá, también se están centrando en otra característica de la nanocelulosa: la biocompatibilidad. Dado que el material se obtiene de los recursos naturales, es particularmente adecuado para la investigación biomédica.
Con el objetivo de producir sensores biocompatibles que puedan medir valores metabólicos importantes, los investigadores utilizaron la nanocelulosa como una «tinta» en los procesos de impresión 3D. Para hacer que los sensores fueran eléctricamente conductores, la tinta se mezcló con nanocables de plata. Los investigadores determinaron la proporción exacta de hilos de nanocelulosa y plata para que se pudiera formar una red tridimensional.
Al igual que los espaguetis, solo un poquito más pequeños
Resultó que las nanofibras de celulosa son más adecuadas que los nanocristales de celulosa para producir una matriz reticulada con los pequeños alambres de plata. «Las nanofibras de celulosa son flexibles, similares a los espaguetis cocidos, pero con un diámetro de solo unos 20 nanómetros y una longitud de unos pocos micrómetros», explica el investigador de Empa, Gilberto Siqueira.
El equipo finalmente logró desarrollar sensores que miden parámetros metabólicos médicamente relevantes, como la concentración de iones de calcio, potasio y amonio. El sensor de piel electroquímico envía sus resultados de forma inalámbrica a una computadora para su posterior procesamiento de datos. El pequeño laboratorio de bioquímica en la piel tiene solo medio milímetro de espesor.
Si bien el pequeño laboratorio de bioquímica en la piel, que tiene solo medio milímetro de espesor, es capaz de determinar las concentraciones de iones de manera específica y confiable, los investigadores ya están trabajando en una versión actualizada. «En el futuro, queremos reemplazar las partículas de plata con otro material conductor, por ejemplo a base de compuestos de carbono», explica Siqueira. Esto haría que el sensor médico de nanocelulosa no solo sea biocompatible, sino también completamente biodegradable.