Un nuevo dispositivo que utiliza sangre para generar electricidad y medir su conductividad, podría puertas a la atención médica en cualquier lugar. Se trata del trabajo de investigadores de la Universidad de Pittsburgh y del Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh (Estados Unidos), que se publica en ‘Advanced Materials’.
La idea se basa en que el control los trastornos metabólicos, como la diabetes y la osteoporosis implican procesos invasivos y que requieren mucha mano de obra que tienden a consumir mucho tiempo y hacen que el monitoreo en tiempo real sea inviable, particularmente en entornos de la vida real y en poblaciones rurales. Para solucionar este reto, la conductividad eléctrica de la sangre puede ser una métrica valiosa para evaluar diversos parámetros de salud y detectar afecciones médicas.
"A medida que los campos de la nanotecnología y los microfluidos continúan avanzando, existe una oportunidad cada vez mayor de desarrollar dispositivos de laboratorio en un chip capaces de superar las limitaciones de la atención médica moderna", afirma Amir Alavi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt. "Estas tecnologías podrían potencialmente transformar la atención médica al ofrecer diagnósticos rápidos y convenientes y, en última instancia, mejorar los resultados de los pacientes y la efectividad de los servicios médicos".
Cabe tener en cuenta que la conductividad eléctrica está gobernada predominantemente por la concentración de electrolitos esenciales, en particular iones de sodio y cloruro. Estos electrolitos son parte integral de una multitud de procesos fisiológicos y ayudan a los médicos a determinar un diagnóstico.
"La sangre es básicamente un entorno a base de agua que tiene varias moléculas que conducen o impiden las corrientes eléctricas", explica el doctor Alan Wells, director médico de los Laboratorios Clínicos de UPMC, vicepresidente ejecutivo de la Sección de Medicina de Laboratorio de la Universidad de Pittsburgh y UPMC. y Thomas Gill III, profesor de Patología, Facultad de Medicina de la misma Universidad". "La glucosa, por ejemplo, es un conductor eléctrico. Podemos ver cómo afecta a la conductividad a través de estas mediciones. Esto 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 los desafíos de medición, como la polarización de los electrodos, el acceso limitado a muestras de sangre humana y las complejidades asociadas con el mantenimiento de la temperatura de la sangre. Medir la conductividad a frecuencias inferiores a 100 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 propone un innovador dispositivo de laboratorio en un chip con nanogenerador milifluídico portátil capaz de medir sangre a bajas frecuencias. El dispositivo utiliza sangre como sustancia conductora dentro de su nanogenerador triboeléctrico integrado, o TENG. El sistema TENG basado en sangre propuesto puede convertir la energía mecánica en electricidad mediante 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 movimientos relativos como compresión o 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 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 comprobar su precisión, el equipo comparó sus resultados con una prueba tradicional que resultó exitosa. Esto abre la puerta a llevar las pruebas al lugar donde vive la gente. Además, los nanogeneradores alimentados por sangre son capaces de funcionar en el cuerpo dondequiera que haya sangre, lo que permite realizar diagnósticos autoalimentados utilizando la química sanguínea local.
