Los nuevos nanotatuajes no necesitan pilas ni cables

Investigadores de dos instituciones en Estambul han creado nanotatuajes capaces de establecer comunicaciones inalámbricas pasivas con dispositivos cercanos, sin necesidad de fuentes de energía externas como baterías. El avance podría dar lugar a numerosas tecnologías de biodetección que, hasta ahora, se han visto obstaculizadas al depender de una voluminosa fuente de alimentación externa o comunicaciones por cable.

Los tatuajes del sensor de nanotatuaje basado en retrodispersión (BNTS) fueron desarrollados por Kristen D Belcastroprofesor de la Universidad de Yeditepe, en Estambul, y onur ergenvicepresidente de investigación y desarrollo de la Universidad Técnica de Estambul departamento de electronica y comunicacion. Los tatuajes se componen de dos tintas: una tinta de óxido de zinc que contiene nanocables incrustados sobre una tinta conductora de aerogel de grafeno. Las dos tintas se pintan sobre la piel simultáneamente a través de agujas separadas. Ergen dice que también hay algo de aerogel en la tinta que contiene los nanocables, aunque en una proporción más baja que en la capa inferior y, como resultado, las dos tintas se unen al contacto.

Las comunicaciones inalámbricas de los dispositivos se basan en la creación de señales eléctricas a partir de la actividad piezoeléctrica, que se hace posible a medida que los tatuajes cambian de forma, lo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. La infraestructura de red inalámbrica de los tatuajes utiliza un teléfono inteligente para rebotar señales en el tatuaje y recibir datos, con un módem de banda ancha como dispositivo auxiliar. en el trabajo de los investigadores publicado recientemente en Letras de dispositivos de electrones IEEE, el sistema analizó el rango de movimiento. Sin embargo, Ergen dijo que están explorando muchos más casos de uso.

La tinta utilizada para los nanotatuajes es en realidad dos tintas en una: una capa inferior que contiene grafeno. [black] y una capa superior con nanocables integrados [white].Universidad Técnica de Estambul/IEEE

“Cuando la etiqueta pintada recibe las señales de radiofrecuencia (RF), refleja algunas de las señales para establecer un enlace ascendente con el lector del teléfono inteligente, mientras que el teléfono inteligente establece un enlace descendente con la etiqueta”, escribieron los investigadores en su papel. “Desde estos enlaces de comunicación, el teléfono inteligente puede monitorear continuamente el BNTS y ​​procesar la información utilizando inteligencia artificial algoritmos.”

Ergen dice que este enfoque de comunicación, llamado retrodispersión ambientales parecido a rfid pero no depende de un número limitado de frecuencias permitidas. Los investigadores recibieron con éxito información de los tatuajes utilizando un módem de banda ancha a 900 megahercios y 2,45 gigahercios.

El dispositivo que han creado Belcastro y Ergen es similar en principio a otros tatuajes electrónicos, y el co-inventor de uno de esos tatuajes dijo que el enlace de comunicaciones inalámbricas es convincente.

“Tener un tatuaje inalámbrico pasivo desde el que todavía se puede acceder a la información es la clave aquí, eso me llamó la atención”, dice Dmitri Kirevun profesor asistente entrante de biomédico ingeniería en la Universidad de Massachusetts-Amherst. Como investigador asociado posdoctoral en la Universidad de Texas, Kireev cocreó un tatuaje de grafeno que puede medir con precisión la presión arterial. Sin embargo, a pesar de lo delgados y flexibles que son los tatuajes, Kireev dijo que las conexiones por cable que requieren actualmente los tatuajes son un obstáculo considerable para crear un dispositivo verdaderamente conveniente.

“El desafío con todo lo que hemos estado trabajando nosotros mismos es la interconexión”, dice Kireev, “y si hay un enfoque para hacer esta comunicación completamente inalámbrica, en lo que se encuentran aquí, es un concepto muy interesante”.

Kireev también dice que el nuevo dispositivo en capas puede ayudar a avanzar en el cuerpo de investigación de comunicaciones en torno a los biosensores de grafeno, que son extremadamente populares en los laboratorios.

“El grafeno es una antena terrible”, dice. “Es una capa, no es lo suficientemente conductora. Podrías hacer una versión más gruesa, decenas de capas o cientos de capas, pero ya no es realmente grafeno. Es una especie de grafito.

Nicolás X Williamsvicepresidente de tecnología y desarrollo de productos de la startup de dispositivos X-Cor Therapeutics, cocreó un película delgada electrónica similar al dispositivo de Belcastro y Ergen cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Duke. Ambas técnicas crearon circuitos funcionales directamente sobre la piel en lugar de depender de sensores preimpresos, y Williams dice que eso podría traer personalización futura al mercado de sensores.

“Hay muchos casos de uso, y si los fabrica tradicionalmente, necesitaría un sensor y una vía diferentes para la creación de algo para la medicina deportiva en lugar de un sistema biomédico o para adultos versus niños”, dice Williams. “Si tiene sistemas impresos, puede generar un archivo específicamente para el caso de uso que necesita, y eso amplía las capacidades sin necesidad de almacenes llenos de sensores de varios factores de forma y tamaños y usos previstos”.

Más posibilidades de atención médica y más allá

Ergen dice que su investigación sobre los tatuajes se está expandiendo a otros aspectos del cuidado de la salud. Una investigación actual es cómo usar los tatuajes como inalámbricos. sensores EEG. Y, aunque la versión actual usa la flexión de una parte del cuerpo para generar la energía necesaria para recibir una señal ambiental, Ergen dice que otros enfoques también podrían funcionar. Por ejemplo, Ergen y otros investigadores han explorado previamente usando sensores de sudor para recopilar datos.

“Sin embargo, nuestro trabajo reciente, que aún no se ha publicado, permite analizar el sudor y la saliva sin necesidad de batería, utilizando tecnología de retrodispersión”, dice. “Esperamos publicar este trabajo en los próximos meses”.

Los dispositivos de biodetección son solo una parte de una cartera de investigación más amplia que se expande mucho más allá de la atención médica para Ergen, quien recientemente recibió una subvención de 1,4 millones de euros de la Consejo Europeo de Investigación para explorar el rediseño de baterías a través de la ingeniería electrónica cuántica. Incluso los tatuajes, que se han mantenido estables durante más de cuatro meses con encapsulación de polímero adicional, se pueden implementar en casi cualquier escenario en el que se desee la comunicación inalámbrica.

“Se puede usar cualquier superficie para esto, no se limita al cuerpo humano”, dice Ergen. “Puede colocarlo en cualquier lugar: automóviles, por ejemplo, en lugares que son imposibles de alcanzar para el diagnóstico. Todos los autos nuevos tienen redes inalámbricas. Puede pintarlos en algún lugar y obtener los datos. Puedes llegar a cualquier parte. Si pinta su silla con nuestro sensor, puede obtener información constantemente sobre su posición sentada. Puedes predecir si una parte podría romperse porque comienza a darte una señal extraña”.