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Biosensores lo suficientemente cómodos para usar 24 horas al día, 7 días a la semana
Muchos sensores médicos, como el que se utiliza para los electrocardiogramas de monitorización cardíaca (ECG) o los electroencefalogramas de monitorización cerebral (EEG), requieren contacto directo con la piel y una capa pegajosa de gel para ayudar a conducir las señales eléctricas. Ambas tecnologías pueden ser muy precisas, pero no se transfieren fácilmente del hospital al hogar. Ahora, los investigadores de la Universidad de California en San Diego creen que pueden haber resuelto la situación difícil con un sensor que puede leer ECG y otros datos a través de la ropa, sin tocar la piel.
Sensor cerebral: Se puede incrustar un nuevo sensor sin contacto (parte inferior) en una diadema y detectar la actividad eléctrica a través del cabello y el material, sin tocar el cuero cabelludo.
Los científicos han tenido dificultades para desarrollar algo que pueda detectar de manera confiable los cambios de polaridad de la piel sin contacto directo. Los electrodos de ECG detectan el tiempo que tardan las ondas de polaridad cambiante (causadas por las contracciones del músculo cardíaco) en viajar a diferentes sensores, lo que revela la actividad eléctrica de diferentes partes del corazón. Actualmente, estos sensores requieren un gel o un adhesivo que induzca alergias. Los sensores secos o no pegajosos son incómodos y particularmente sensibles al movimiento, por lo que no se pueden usar fuera de la clínica o durante períodos prolongados.
En lugar de usar electrodos, los investigadores de UCSD construyeron un sensor capacitivo, que conduce señales mucho más débiles pero puede hacerlo a distancias pequeñas. Si bien el concepto se remonta a décadas, los intentos anteriores de construir tales sensores no han sido prácticos para la producción en masa: solían ser demasiado costosos, demasiado sensibles al ruido exterior o ambos. El sensor desarrollado por bioingeniero Gert Cauwenberghs y su estudiante de posgrado, Mike Chi, utiliza componentes listos para usar y circuitos inteligentes para solucionar estos problemas. El sensor resultante puede detectar cambios débiles en la capacitancia y amplificarlos, mientras cancela el ruido eléctrico ambiental que existe a nuestro alrededor. Lo que hay hoy en día requiere varios componentes discretos, dice Chi. Nuestro proceso lo hace confiable y económico, por lo que tenemos un circuito que se puede producir en masa.
El sensor de Chi es apenas más grande que una moneda de veinticinco centavos, y cuando varios sensores están incrustados en el material y conectados entre sí, crean un monitor portátil que los pacientes pueden usar sobre la ropa mientras realizan su rutina diaria. Esto podría significar un mayor tiempo de seguimiento y un mejor cumplimiento por parte de los pacientes.
Actualmente, cuando los cardiólogos quieren saber cómo es la actividad cardíaca de un paciente durante un período prolongado de tiempo, tienen que enviarlo a casa con un monitor Holter, un dispositivo de ECG portátil que emplea los mismos electrodos pegajosos con cable que se usan en el hospital. Pero este monitor solo se puede usar durante un máximo de 48 horas, y los ritmos cardíacos anormales no siempre ocurren durante un período de tiempo tan corto. Muchos de estos eventos son transitorios, y con la tecnología actual uno se pierde los eventos porque no puede capturarlos de manera confiable, dice Chi. Si un paciente pudiera usar un chaleco sobre su ropa, tal monitoreo podría continuar durante el tiempo que requiera un médico.
Ropa inteligente: Cuando están integrados en un chaleco, los nuevos sensores sin contacto pueden detectar la actividad cardíaca a través de una camiseta y se pueden usar durante una semana o más.
La incorporación de los sensores en una banda para la cabeza también permite controlar cierta actividad eléctrica en el cerebro. Para una visita única al médico con ECG y EEG, probablemente no importa si [usa sensores adhesivos] o no. Pero para el uso a largo plazo, eso definitivamente marca la diferencia, dice Maysam Ghovanloo , bioingeniero del Instituto de Tecnología de Georgia.
El grupo de UCSD está colaborando con un grupo de la Universidad Estatal de Oregon para crear una versión completamente inalámbrica de su sensor, con un transmisor Bluetooth que puede transmitir información a un receptor. Creo que lo que están haciendo es una contribución realmente importante, dice Eric Topol, director del Instituto de Ciencias Traslacionales Scripps en San Diego y especialista en salud inalámbrica. Creo que es muy viable y atractivo, y es una adición bienvenida al kit de herramientas del sensor inalámbrico.
A largo plazo, Chi y Cauwenberghs esperan que los sensores también puedan ser útiles para avanzar en las aplicaciones de interfaz cerebro-computadora. Queríamos construir un sensor muy sensible que pueda adquirir señales de manera confiable a través del cabello sin geles desordenados, abrasión o preparación. Algo que sea fácil de usar y muy rápido, dice Chi. Dichos sensores podrían usarse para ayudar a los pacientes con lesiones en la columna a comunicarse, o incluso combinarse con sistemas de juego.
Pero si bien los sensores de EEG pueden detectar cierta actividad cerebral, los sensores deben hacerse más sensibles, ya que la actividad neuronal en el cerebro es notablemente débil. Los electrodos sin contacto serán una ventaja sin importar dónde los coloque en el cuerpo, dice Rahul Sarpeshkar , ingeniero en bioelectrónica del MIT. Pero todos estos sistemas, cuando se aplican en medicina, tienen que lidiar con el movimiento y la fuerza de una señal, lo que hace que el EEG sea más desafiante desde el punto de vista técnico.
Las aplicaciones cardíacas pueden estar más cerca: Chi y Cauwenberghs tienen datos que muestran que sus sensores pueden captar señales que son casi tan precisas como las recogidas con electrodos de gel. Chi está creando una empresa de nueva creación, Cognionics, para desarrollar aún más los sensores y ya ha iniciado conversaciones con empresas de dispositivos médicos.