INVESTIGACIÓN Y DISEÑO


Imprimen fibras “invisibles” capaces de detectar la respiración, el sonido y las células biológicas

07/10/2020

CATEGORíA: Nuevos avances MARCA: Universidad de Cambridge

La impresión 3D de pequeñas fibras conductoras transparentes podría usarse para múltiples estudios para el monitoreo de la salud, Internet de las cosas y aplicaciones de biosensores.


(J y K) Vistas globales ópticas y SEM de la red de fibra con unión Ag y PEDOT: PSS suspendida. (L y M) Micrografías SEM que muestran cruces de fibras no unidas. © advances.sciencemag.org

 

Investigadores de la Universidad de Cambridge han utilizado técnicas de impresión 3D para fabricar una fibra electrónica, 100 veces más delgada que un cabello humano, y creando así sensores más allá de las capacidades de los dispositivos convencionales.

 

La técnica de impresión de fibra, publicada en la revista Science Advances, se puede utilizar para fabricar sensores respiratorios portátiles u ordenadores portátiles, por ejemplo. Estos sensores impresos son de alta sensibilidad, de bajo coste y se pueden conectar a un teléfono móvil para recopilar información del patrón de respiración, sonido e imágenes al mismo tiempo.

 

El autor de este estudio, Andy Wang, un estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería de Cambridge, usó el sensor de fibra para probar la cantidad de humedad del aliento que se filtraba a través de la cubierta de su rostro, en condiciones respiratorias como respiración normal, respiración rápida y tos simulada. Los sensores de fibra superaron significativamente a los sensores comerciales convencionales, especialmente en el monitoreo de la respiración rápida, que replica la dificultad para respirar.

 

Si bien el sensor de fibra no ha sido diseñado para detectar partículas virales, ya que la evidencia científica apunta cada vez más al hecho de que las partículas virales como el coronavirus pueden transmitirse a través de gotitas respiratorias y aerosoles, midiendo la cantidad y dirección de la humedad del aire que se filtra a través de diferentes tipos de los revestimientos faciales podrían actuar como un indicador en los puntos "débiles" de protección.

 

El equipo descubrió que la mayoría de las fugas de las máscaras quirúrgicas o de tela provienen de la parte frontal, especialmente durante la tos, mientras que la mayoría de las fugas de las máscaras N95 provienen de la parte superior y los lados con ajustes. No obstante, ambos tipos de máscaras faciales, cuando se usan correctamente, ayudan a debilitar el flujo de aire exhalado.

 

Los sensores hechos de pequeñas fibras conductoras son especialmente útiles para la detección volumétrica de fluidos y gases en 3D, en comparación con las técnicas convencionales de película delgada, pero hasta ahora, ha sido un desafío imprimirlos e incorporarlos en dispositivos y fabricarlos a escala”, afirma el Dr. Yan Yan Shery Huang del Departamento de Ingeniería de Cambridge, quien dirigió la investigación.

 

Huang y sus colegas imprimieron en 3D las fibras compuestas, que están hechas de plata y / o polímeros semiconductores. Esta técnica de impresión de fibra crea una estructura de fibra de núcleo-cubierta, con un núcleo de fibra conductora de alta pureza envuelto por una delgada cubierta protectora de polímero, similar a la estructura de los cables eléctricos comunes, pero a una escala de unos pocos micrómetros de diámetro.

 

Además de los sensores respiratorios, la técnica de impresión también se puede utilizar para fabricar fibras biocompatibles de dimensión similar a las células biológicas, lo que les permite guiar los movimientos celulares y "sentir" este proceso dinámico como señales eléctricas. Además, las fibras son tan pequeñas que son invisibles a simple vista, por lo que cuando se utilizan para conectar pequeños elementos electrónicos en 3D, parecería que la electrónica está "flotando" en el aire.

 

Nuestros sensores de fibra son livianos, baratos, pequeños y fáciles de usar, por lo que potencialmente podrían convertirse en dispositivos de prueba casera para permitir que el público en general realice pruebas autoadministradas para obtener información sobre sus entornos”, dijo Huang.

 

El equipo busca desarrollar esta técnica de impresión de fibra para una serie de sensores multifuncionales, que potencialmente podrían detectar más especies de aliento para el monitoreo de la salud móvil o para aplicaciones de interfaz de bio-máquina.

 

Fuente: www.cam.ac.uk

 

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