Dispositivos portátiles se han convertido en una gran parte de la atención médica moderna, ayudando a rastrear la frecuencia cardíaca de un paciente, los niveles de estrés y la actividad cerebral. Estos dispositivos confiar en electrodossensores que tocan la piel para recoger señales eléctricas del cuerpo.
Crear estos electrodos no es tan fácil como podría parecer. Humano La piel es compleja. Sus propiedades, como qué tan bien lleva a cabo electricidad, pueden cambiar dependiendo de la hidratada que tenga, cuántos años tiene o incluso el clima. Estos cambios pueden dificultar la prueba de qué tan bien funciona un dispositivo portátil.
Además, los electrodos de prueba a menudo implican voluntarios humanosque puede ser complicado e impredecible. La piel de todos es diferente, lo que significa que los resultados no siempre son consistentes. Las pruebas también requieren tiempo y dinero. Además, existen preocupaciones éticas sobre pedir a las personas que participen en estos experimentos, incluso asegurarse de que estén informados sobre los riesgos y los beneficios y puedan participar voluntariamente.
Los científicos han tratado de crear modelos de piel artificiales Para evitar algunos de estos problemas, pero los existentes no han podido imitar completamente la forma en que la piel se comporta al interactuar con sensores portátiles. Para abordar estas limitaciones, mis colegas Y yo han desarrollado una herramienta llamada Piel biomimética Fantasma – Un modelo que imita el comportamiento eléctrico de la piel humana, lo que hace que las pruebas de sensores portátiles sean más fáciles, más baratos y más confiables.
¿Qué es un fantasma de la piel?
Nuestro Piel biomimética Fantasma está hecho de dos capas que capturan los matices tanto de la superficie de la piel como de los tejidos más profundos. «Biomimético» significa que imita algo de la naturaleza, en este caso, la piel humana. «Phantom» se refiere a un modelo o dispositivo físico hecho para imitar las propiedades de algo real, como los tejidos humanos, por lo que puede usarse para la investigación en lugar de depender de las personas reales.
Sttax abierto, CC BY-SA
La capa inferior imita los tejidos más profundos debajo de la piel. Está hecho de una sustancia tipo gel llamada criogel de alcohol polivinílicoque se puede ajustar para tener una suavidad similar y una conductividad eléctrica a los tejidos biológicos reales. Elegimos este material porque estas cualidades, junto con su durabilidad y su amplio uso en la investigación biomédica, lo convierten en un buen sustituto de las capas más profundas de la piel.
La capa superior imita la parte más externa de la piel, conocida como Stratum Corneum. Está hecho de un material de silicona llamado PDMSque se mezcla con aditivos especiales para que coincida con las propiedades eléctricas de la piel. También ampliamente utilizado en la investigación biomédica, PDMS es flexible y fácil de dar forma para replicar de cerca la capa externa de la piel.
Una característica única de nuestro fantasma de la piel es su capacidad para imitar diferentes niveles de hidratación de la piel. La hidratación afecta qué tan bien la piel conduce la electricidad. La piel seca tiene una mayor resistencia, lo que significa que se opone al flujo de electricidad. Esto hace que sea más difícil para los dispositivos portátiles recoger señales. La piel hidratada realiza electricidad más fácilmente porque el agua mejora el movimiento de las partículas cargadas, lo que lleva a mejor calidad de señalización. Mejorar cómo se modela y probada la piel seca puede conducir a mejores diseños de electrodos.
Para replicar los efectos de la hidratación de la piel, poros ajustables introducidos en la capa superior PDMS del fantasma de la piel. Al cambiar con precisión el tamaño y la densidad de los poros, el modelo puede imitar las condiciones de piel secas o hidratadas.
Probar el fantasma de la piel
Mi equipo y yo probamos nuestro fantasma de la piel de varias maneras para ver si realmente podría reemplazar la piel humana en los experimentos.
Primero, utilizamos un método llamado espectroscopía de impedancia Estudiar las propiedades eléctricas del fantasma. Esta técnica aplica señales eléctricas alternativas a diferentes frecuencias y mide la resistencia del material al flujo eléctrico, proporcionando un perfil detallado de su comportamiento eléctrico. Los resultados de los experimentos que realizamos en cinco voluntarios mostraron que la respuesta a la impedancia del fantasma muy reflejado el de la piel humana en condiciones secas e hidratadas, con una diferencia de menos del 20% entre la piel real y el fantasma.
Frederic Cirou/Photoalto a través de Getty Images
También probamos si los dispositivos portátiles podrían recoger señales del fantasma de la piel y cómo la calidad de la señal cambió con diferentes condiciones de la piel. Para hacer esto, grabamos Señales de eletrocardiograma en fantasmas diseñados para imitar la piel seca e hidratada. Los resultados mostraron claros Diferencias en la calidad de la señal: El fantasma que simula la piel seca tenía una relación señal / ruido más baja, mientras que el fantasma de la piel hidratada mostró una mejor claridad de la señal. Estos hallazgos son consistentes con estudios previos de otros investigadores.
Juntos, nuestro fantasma de la piel replica de cerca la forma en que la piel humana responde a los sensores portátiles en una variedad de condiciones, incluidos los estados secos e hidratados. Esta precisión lo convierte en un sustituto óptimo para la piel real en el laboratorio.
Tecnología portátil
Skin Phantom es más que una herramienta de prueba: es un paso adelante para la tecnología de salud portátil.
Al eliminar la imprevisibilidad de las pruebas humanas, los científicos pueden diseñar y mejorar los dispositivos portátiles de manera más rápida y efectiva. También pueden usarlo para estudiar cómo la piel interactúa con dispositivos médicos, como parches que ofrecen medicamentos o herramientas de diagnóstico avanzadas.
Nuestro fantasma de la piel también es simple y económico. Cada fantasma cuesta menos de US $ 3 y se puede hacer con materiales y herramientas de laboratorio estándar. Se puede reutilizar varias veces dentro del mismo día sin cambios significativos en sus propiedades eléctricas, aunque el uso extendido durante varios días puede requerir ajustes, como la rehidratación, para mantener un rendimiento estable. Esta asequibilidad y reutilización hacen que el fantasma sea más accesible para los laboratorios con presupuestos o recursos limitados.
A medida que la tecnología portátil se vuelve más común en el cuidado de la salud, herramientas como Skin Phantom pueden ayudar a hacer que los dispositivos sean más confiables, accesibles y personalizados para todos.
Krittika GoyalProfesor Asistente de Tecnología de Manufactura e Ingeniería Mecánica, Instituto de Tecnología de Rochester
Este artículo se republicó de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.
