En los últimos años, los sensores de salud portátiles capaces de monitorizar continuamente los cambios en el cuerpo se han convertido en un avance importantísimo en la tecnología sanitaria. Estos dispositivos, junto con los parches médicos y los apósitos para heridas, a menudo deben 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 retener el calor y el sudor, lo que podría causar irritación e interferir con las lecturas de los sensores.
En un nuevo estudio publicado en Nature, ingenieros liderados por un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) informan sobre el desarrollo de 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 aproximadamente 10 micrómetros de espesor y reforzado con una nanomalla de poliuretano.
El nuevo estudio del MIT adopta un enfoque diferente, creando una red estable de vías de aire dentro de un hidrogel a granel, manteniendo al mismo tiempo un contenido de agua del 70%. A pesar de estar compuesto en un 70% de agua, el material alcanzó una permeabilidad al oxígeno de hasta 185 barrer (¡no es un error tipográfico, esa es la unidad de medida de la permeabilidad a los gases!) en pruebas de laboratorio. Eso supone unas 10 veces más permeabilidad que un hidrogel convencional.
Inspirándose en la estructura de los pulmones humanos, los investigadores tomaron una receta común de hidrogel y le añadieron una pequeña cantidad de partículas de aerogel de sílice, que son esencialmente burbujas de aire en estado sólido. Estas partículas repelentes al agua atrapan el aire e impiden que los pequeños espacios de aire en su interior colapsen o se llenen de agua.
Durante el proceso de producción, las partículas se agruparon dentro del hidrogel para formar una fina red interconectada de canales llenos de aire. Estos canales permitieron que el oxígeno y el vapor de agua circularan a través del material, manteniendo al mismo tiempo su alto contenido de agua.
Los hidrogeles también transmitían vapor de agua a velocidades entre 10 y 100 veces superiores a las de los parches de silicona y poliuretano, lo que ayudaba a que la humedad escapara de la piel. El hidrogel también era suave y duradero, conservando aproximadamente el 95% de su permeabilidad al aire después de 10.000 ciclos de estiramiento.
Para demostrar la usabilidad 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 retirar los parches mostraron que la temperatura de la piel debajo de un parche de silicona comercial había aumentado 6,5°C tras un entrenamiento de 20 minutos.
Sin embargo, bajo el nuevo hidrogel, la temperatura había descendido aproximadamente 1 grado, posiblemente porque el material permitía que el calor se disipara de forma más eficiente. También se acumuló una cantidad considerable de sudor debajo del parche de silicona, mientras que la piel cubierta por el hidrogel transpirable se mantuvo similar a la piel descubierta.
En otra prueba, 10 voluntarios llevaron los nuevos parches en el pecho durante una hora de ejercicio moderado, y ninguno informó de 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 debido a la acumulación de sudor. Los electrodos fabricados con el hidrogel permeable al aire mantuvieron lecturas más claras durante y después del ejercicio.
En el seguimiento prolongado, los electrodos de hidrogel se llevaron puestos de forma continua durante 10 días y siguieron 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, declaró a ScienceAlert que las aplicaciones más inmediatas podrían incluir dispositivos médicos portátiles, apósitos para heridas y monitores de salud que se colocan sobre la piel.
“Estas tecnologías suelen requerir un contacto prolongado con la piel, pero los hidrogeles convencionales retienen el calor y la humedad porque no permiten el paso de suficiente oxígeno y vapor de agua”, dijo Zhao.
“Nuestro material supera esta limitación manteniendo al mismo tiempo 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 afirma que se necesitarán más estudios para evaluar su biocompatibilidad a largo plazo, su rendimiento en animales grandes, su esterilización, su fabricación a gran escala, su vida útil y su seguridad regulatoria. Los ensayos en humanos fueron pequeños y se diseñaron principalmente para demostrar la viabilidad del material.
Las evaluaciones de ejercicio y comodidad involucraron hasta 10 voluntarios, mientras que las mediciones de fisiología cutánea incluyeron solo dos participantes y la comparación del ECG de ejercicio involucró a tres. Por lo tanto, se necesitarán estudios más amplios y diversos para confirmar los hallazgos.
El material también deberá adaptarse a cada producto, ya que un apósito para heridas, un sensor portátil y un implante tienen requisitos diferentes. El material actual no es inherentemente adhesivo, lo que significa que aún requiere un soporte o mecanismo de fijación aparte para permanecer sobre la piel. A largo plazo, este diseño podría utilizarse en la ingeniería de tejidos y en dispositivos implantables, donde mantener el suministro de oxígeno a las células sigue siendo un reto importante.
“Muchos tejidos e implantes artificiales requieren un transporte eficiente de oxígeno para mantener la viabilidad celular, y nuestro material ofrece una forma de mejorar el intercambio de gases al tiempo que se preserva el entorno hidratado que las células necesitan”, dijo Zhao.
Sin embargo, advierte que las aplicaciones implantables requerirán muchas más pruebas, lo que convierte a los usos en la piel en el primer paso más realista.
Los resultados se publican en la revista Nature.
Fuente: Science Alert.
