La 'piel inteligente' resistente al sudor adquiere signos vitales fiables, incluso durante los entrenamientos y las comidas picantes | Noticias del MIT



Los ingenieros e investigadores del MIT en Corea del Sur han desarrollado una 'piel electrónica' resistente al sudor: un parche adhesivo y adaptable integrado en un sensor que monitorea la salud de una persona sin mal funcionamiento ni descamación, incluso cuando el usuario está sudando.

El parche tiene un patrón de conductos de sudor artificiales, similares a los poros de la piel humana, que los investigadores grabaron a través de las capas ultrafinas del material. Los poros perforan el parche en un patrón similar a un kirigami, similar al arte japonés cortado con papel. El diseño asegura que el sudor pueda escapar a través del parche, evitando la irritación de la piel y el daño a los sensores incorporados.

El diseño del kirigami también ayuda a que el parche se adapte a la piel humana a medida que se estira y se dobla. Esta flexibilidad, junto con la capacidad del material para resistir el sudor, le permite monitorear la salud de una persona durante largos períodos de tiempo, algo que no era posible con los diseños "e-skin". Los resultados, publicados hoy en Los científicos progresan, son un paso hacia una piel inteligente duradera que puede rastrear los signos vitales diarios o la progresión del cáncer de piel y otras afecciones.

"Con este parche para la piel adaptable y transpirable, no habrá acumulación de sudor, desinformación ni descamación de la piel", dice Jeehwan Kim, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. “Podemos proporcionar sensores portátiles que pueden realizar un monitoreo constante a largo plazo. "

Los coautores de Kim incluyen al autor principal y becario postdoctoral en MIT Hanwool Yeon, e investigadores de los Departamentos de Ingeniería Mecánica y Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT y el Laboratorio de Investigación en Electrónica, así como colaboradores del conglomerado de cosméticos Amorepacific y otras instituciones en todo el Sur. Corea.

Un obstáculo sudoroso

El grupo de Kim se especializa en la fabricación de películas semiconductoras flexibles. Los investigadores han desarrollado una técnica llamada epitaxia remota, que consiste en cultivar películas semiconductoras ultradelgadas de alta calidad en obleas a altas temperaturas y eliminar selectivamente las películas, que luego pueden combinar y apilar para formar sensores que son mucho más delgados y flexibles que obleas convencionales. diseños basados.

Recientemente, su trabajo llamó la atención de la empresa de cosméticos Amorepacific, que estaba interesada en el desarrollo de una cinta adhesiva portátil delgada para monitorear constantemente los cambios en la piel. La compañía se ha asociado con Kim para dar forma a las películas semiconductoras flexibles del grupo en algo que pueda usarse durante largos períodos de tiempo.

Pero el equipo se encontró rápidamente con un obstáculo que otros modelos de piel electrónica aún no han superado: el sudor. La mayoría de los diseños experimentales incorporan sensores en materiales pegajosos a base de polímeros que no son muy transpirables. Otros diseños, hechos de nanofibras tejidas, pueden dejar pasar el aire, pero no el sudor. Si la piel electrónica funcionara a largo plazo, Kim se dio cuenta de que tendría que ser permeable no solo al vapor, sino también al sudor.

"El sudor puede acumularse entre la piel electrónica y su piel, lo que podría dañar la piel y hacer que el sensor no funcione correctamente", explica Kim. "Así que intentamos resolver estos dos problemas al mismo tiempo, permitiendo que el sudor penetre a través de la piel electrónica".

Haz el corte

En busca de inspiración para el diseño, los investigadores observaron los poros de sudor humano. Descubrieron que el diámetro medio de los poros es de alrededor de 100 micrones y los poros se distribuyen aleatoriamente por toda la piel. Realizaron simulaciones iniciales para ver cómo podían colocar capas y organizar los poros artificiales, de una manera que no bloqueara los poros reales de la piel humana.

“Nuestra idea simple es que si proporcionamos conductos de sudor artificiales en la piel electrónica y creamos vías altamente permeables para el sudor, podemos lograr un monitoreo a largo plazo”, dice Yeon.

Comenzaron con un patrón periódico de agujeros, cada uno del tamaño de un poro de sudor real. Descubrieron que si los poros estuvieran muy juntos, a una distancia menor que el diámetro promedio de un poro, el patrón en su conjunto permearía efectivamente el sudor. Pero también encontraron que si este simple patrón de agujeros se grababa a través de una película delgada, la película no era muy elástica y se rompía fácilmente cuando se aplicaba a la piel.

Los investigadores descubrieron que podían aumentar la fuerza y ​​la flexibilidad del patrón de orificios cortando canales delgados entre cada orificio, creando un patrón repetido con mancuernas, en lugar de orificios simples, que relajan la tensión, en lugar de concentrarla en un solo lugar. Este patrón, cuando se graba en un material, crea un efecto elástico similar a un kirigami.

"Si envuelves un trozo de papel en una bola, no es consistente", dice Kim. "Mais si vous découpez un motif kirigami dans le papier, il pourrait se conformer. Nous avons donc pensé, pourquoi ne pas connecter les trous avec une coupe, pour avoir une conformabilité de type kirigami sur la peau ? En même temps, nous pouvons imprégner el sudor.

Siguiendo esta lógica, el equipo hizo una piel electrónica a partir de múltiples capas funcionales, cada una con poros con patrón de barra. Las capas de la piel incluyen una serie de sensores semiconductores con patrones ultrafinos para controlar la temperatura, la hidratación, la exposición a los rayos UV y el estrés mecánico. Esta serie de sensores se intercala entre dos películas protectoras delgadas, todas las cuales cubren un adhesivo de polímero pegajoso.

"La piel electrónica es como la piel humana: muy elástica y suave, y el sudor puede empaparla", explica Yeon.

Los investigadores probaron la piel electrónica pegándola en la muñeca y la frente de un voluntario. El voluntario usó la banda continuamente durante una semana. A lo largo de este tiempo, el nuevo e-skin midió de manera confiable su temperatura, nivel de hidratación, exposición a los rayos UV y pulso, incluso durante actividades que inducen el sudor, como correr en una cinta de correr durante 30 minutos y consumir una comida picante.

El diseño del equipo también era ajustado a la piel, se pegaba a la frente del voluntario cuando se le pedía que frunciera el ceño repetidamente mientras sudaba profusamente, en comparación con otros diseños de piel electrónica que carecía de permeabilidad a la transpiración y se despegaba fácilmente de la piel.

Kim planea mejorar la resistencia y durabilidad del diseño. Si bien la cinta es a la vez transpirable y muy adaptable, gracias a su patrón kirigami, es este mismo patrón, combinado con la forma ultrafina de la cinta, lo que la hace bastante frágil al roce. Como resultado, los voluntarios tuvieron que usar una funda alrededor de la cinta para protegerla durante actividades como la ducha.

“Debido a que la piel electrónica es muy suave, puede dañarse físicamente”, explica Yeon. “Nuestro objetivo es mejorar la resiliencia de la piel electrónica. "

Esta investigación fue apoyada por Amorepacific.

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