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viernes, diciembre 3, 2021

La miniaturización de bio-sensores y la salud

Por Oracio Barbosa

Actualmente ya son populares los bio-sensores para determinar el ritmo cardíaco, la presión arterial, la oxigenación de sangre,  todo esto mediante un dispositivo miniaturizado ubicado en un reloj de pulsera. Un bio-sensor es un dispositivo o instrumento con el que se determinan parámetros biológicos o químicos. Medir, por ejemplo, el ritmo cardiaco con estos dispositivos se hace a través de una técnica óptica llamada fotopletismografía.

En principio esta técnica utiliza un LED verde o luz del cercano infra-rojo para iluminar la piel y así llegar a los vasos sanguíneos debajo de ella. Esa misma luz es reflejada y capturada por un foto-diodo en el mismo reloj. La luz reflejada porta información de la variación volumétrica de la corriente sanguínea y de esta forma, por ejemplo, mide el ritmo cariaco en pulsaciones por minuto; (de manera semejante el reloj inteligente puede medir la presión arterial y la oxigenación de nuestro organismo). Esta técnica proporciona a nuestro médico importante información sobre el sistema cardiovascular. Los datos se pueden trasmitir vía “bluetooth” o “wi-fi” a nuestro teléfono inteligente y guardarlos para nuestra próxima visita con el médico.

La técnica de fotopletismografía no es invasiva, ni complicada y es de bajo costo por lo que muchas empresas constantemente están buscando en reducir el tamaño de los dispositivos y en que sean más cómodos de usar en nuestra vida cotidiana. El mercado es de miles de millones de dólares y los beneficios para nuestra salud serán enormes pues tendremos oportunidad de monitorear constantemente parámetros de interés para nuestra salud. Este enorme mercado se inició con las pulseras que medían solamente el ritmo cardiaco y los pasos que daba el usuario.  Sin embargo, ahora estos dispositivos van más allá puesto que además pueden medir la glucosa, la presión arterial, las posibles variaciones del ritmo cardiaco y otros parámetros de importancia relacionados con nuestra salud.

Las futuras generaciones de bio-sensores basados en la técnica óptica de fotopletismografía y otras más tendrán un tamaño reducido para usarse como un aditamento de uso diario como los anillos, pulseras o relojes y más aún, en las grandes compañías de dispositivos opto-electrónicos se encuentran en desarrollo dispositivos desechables que pudieran pegarse directamente en la piel. Este desarrollo en particular se realiza en la Universidad de Northwestern bajo la dirección de John Rogers quien ha llevado la miniaturización de dispositivos opto-electrónicos a tatuajes que se “pegan” directamente en la piel, ver fotografías.

La tecnología utilizada actualmente en los relojes inteligentes es una tecnología “rígida” en la que mayormente se utilizan piezas opto-electrónicas miniaturizadas como las utilizadas en las computadoras, por ejemplo; son los llamados circuitos integrados o “chips” basados en la tecnología del silicio. Esta tecnología, sin embargo, es rígida y aunque existen buenos intentos como los implementados por John Rogers, o el de utilizar la impresión en 3D para lograr una mejor flexibilidad se vislumbra una nueva tecnología basada en materiales orgánicos. Los materiales orgánicos empleados tienen propiedades eléctricas semiconductoras semejantes al silicio y es posible fabricar hoy en día celdas fotovoltaicas, LEDs y transistores; con estos materiales se puede desarrollar bio-sensores impresos en sustratos de plástico o bien imprimirse directamente sobre la piel como un tatuaje.

La tecnología flexible basada en materiales orgánicos ya se encuentra en el mercado, como es el caso de televisores y pantallas de teléfonos celulares; es de importancia hacer notar que un televisor fabricado con tecnología basada en materiales orgánicos tendrá un grosor de unos pocos milímetros, mientras que cualquier otro tipo bien pude ser de varios centímetros. En este caso hablamos de LEDs orgánicos o bien OLEDs por sus siglas en inglés, organic light emitting diode. Con estos OLEDs las pantallas son flexibles y ya se anuncian los teléfonos inteligentes flexibles, que tendrán una pantalla de mayor tamaño. Así como aparecerán estos teléfonos en fechas próximas, aparecerán bio-sensores flexibles que serán mucho más prácticos de usar, y sobre todo con los cuales podremos tener un mejor control de nuestra salud.

Ejemplos de miniaturización de bio-sensores, en ambas fotografías los dispositivos son con material “rígido” con tecnología de silicio. Sin embargo, se vislumbra una nueva tecnología flexible utilizando materiales orgánicos basados en sus propiedades semiconductoras semejantes al silicio. (Fotografías de John Rogers, Northwestern University).

Ejemplos de miniaturización de bio-sensores, en ambas fotografías los dispositivos son con material “rigido” con tecnología de silicio. Sin embargo, se vislumbra una nueva tecnología flexible utilizando materiales orgánicos basados en sus propiedades semiconductoras semejantes al silicio. (fotografías de John Rogers, Northwestern University)

 

Columna del CIO
El Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) es uno de los Centros públicos de investigación pertenecientes al Conacyt. Se especializa en óptica y fotónica (estudio de la luz y su interacción con la materia) www.cio.mx

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