Los trastornos metabólicos, como la diabetes y la osteoporosis, aumentan en todo el mundo, por ello, los investigadores de la Universidad de Pittsburgh y el Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh proponen un nuevo chip que utiliza la sangre para generar electricidad y medir su conductividad, abriendo las puertas a la atención médica en cualquier lugar.
“A medida que los campos de la nanotecnología y la microfluídica continúan avanzando, hay una creciente oportunidad de desarrollar dispositivos de laboratorio en un chip capaces de romper con las limitaciones de la atención médica moderna”, dijo Amir Alavi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt.
Añadió: “Estas tecnologías podrían transformar potencialmente la atención médica ofreciendo diagnósticos rápidos y convenientes, mejorando en última instancia los resultados de los pacientes y la eficacia de los servicios médicos”.
La conductividad eléctrica de la sangre es una métrica valiosa para evaluar varios parámetros de salud y detectar condiciones médicas. Esta conductividad se rige predominantemente por la concentración de electrolitos esenciales, en particular los iones de sodio y cloruro. Estos electrolitos son parte integral de una multitud de procesos fisiológicos, lo que ayuda a los médicos a identificar un diagnóstico.
“La sangre es básicamente un entorno a base de agua que tiene varias moléculas que conducen o impiden las corrientes eléctricas”, explicó el doctor Alan Wells. Señaló: “La glucosa, por ejemplo, es un conductor eléctrico. Podemos ver cómo afecta a la conductividad a través de estas mediciones. Por lo tanto, nos permite hacer un diagnóstico en el acto”.
A pesar de su vitalidad, el conocimiento de la conductividad de la sangre humana es limitado debido a sus desafíos de medición como la polarización de electrodos, el acceso limitado a las muestras de sangre humana y las complejidades asociadas con el mantenimiento de la temperatura de la sangre.
La medición de la conductividad a frecuencias inferiores a 100 Hertzios (Hz) es particularmente importante para obtener una comprensión más profunda de las propiedades eléctricas de la sangre y los procesos biológicos fundamentales, pero es aún más difícil.
El equipo de investigación está proponiendo un dispositivo innovador y portátil de nanogenerador milifluido en chip capaz de medir la sangre a bajas frecuencias. El dispositivo utiliza la sangre como sustancia conductora dentro de su nanogenerador triboeléctrico integrado, o TENG. El sistema TENG a base de sangre propuesto puede convertir energía mecánica en electricidad a través de la triboelectrificación.
Este proceso implica el intercambio de electrones entre materiales en contacto, lo que resulta en una transferencia de carga. En un sistema TENG, la transferencia de electrones y la separación de carga generan una diferencia de voltaje que impulsa la corriente eléctrica cuando los materiales experimentan un movimiento relativo como la compresión o el deslizamiento. El equipo analiza el voltaje generado por el dispositivo en condiciones de carga predefinidas para determinar la conductividad eléctrica de la sangre.
El mecanismo de autoalimentación permite la miniaturización del nanogenerador a base de sangre propuesto. El equipo también utilizó modelos de IA para estimar directamente la conductividad eléctrica de la sangre utilizando los patrones de voltaje generados por el dispositivo.
Para probar su precisión, el equipo comparó sus resultados con una prueba tradicional que resultó exitosa. Esto abre la puerta a llevar las pruebas a donde vive la gente. Además, los nanogeneradores alimentados por sangre son capaces de funcionar en el cuerpo dondequiera que haya sangre, lo que permite un diagnóstico autoalimentado utilizando la química local de la sangre. N
