Bioelectrodos elásticos y conformables a la piel demuestran capacidades prometedoras para dispositivos portátiles

La adopción de dispositivos electrónicos portátiles que monitorean continuamente las bioseñales ha revolucionado los sectores de la salud y el fitness. Estos dispositivos se utilizan cada vez más y se espera que alcancen un valor de mercado de alrededor de 572 mil millones de USD para 2033. Con su rápida proliferación, existe una necesidad creciente de bioelectrodos de alta calidad que puedan registrar bioseñales de manera confiable durante períodos prolongados. Los materiales actuales utilizados en bioelectrodos, como metales, polímeros conductores e hidrogeles, enfrentan desafíos. Por lo general, carecen de flexibilidad suficiente para estirarse con la piel sin romperse y, a menudo, no son muy permeables a la humedad, lo que puede provocar acumulación de sudor y malestar. Un nuevo tipo de material de bioelectrodo promete ahora hacer que los dispositivos portátiles sean más cómodos y duraderos tanto para uso sanitario como para el fitness.

En un estudio publicado en la revista NPG Asia Materials el 20 de junio de 2024, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokio, Japón) introdujo un material de bioelectrodo que es tanto elástico como permeable a la humedad, adaptándose estrechamente a la piel. Este material avanzado presenta capas de redes fibrosas conductoras hechas de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) incrustados en una lámina nanométrica de poli(estireno-b-butadieno-b-estireno) (SBS) estirable. La lámina nanométrica se ajusta firmemente a la piel para registrar con precisión las bioseñales, mientras que las fibras de nanotubos de carbono mejoran la capacidad de estiramiento y la permeabilidad a la humedad del material.

El equipo aplicó SWCNT como dispersiones acuosas para recubrir nanohojas de SBS, logrando un espesor final de solo 431 nm después de aplicar múltiples capas. Cada capa adicional de SWCNT eengrosaba y densificaba las fibras, alterando las propiedades del bioelectrodo. pesar de aumentar la rigidez con capas adicionales de SWCNT (desde un módulo elástico inicial de 48,5 MPa a 60,8 MPa con una capa y hasta 104,2 MPa con cinco capas), el bioelectrodo siguió siendo muy flexible. A modo de comparación, las nanohojas prístinas de SBS y aquellas con una a tres capas de SWCNT (SWCNT 3rd-SBS) podrían estirarse hasta el 380 % de su longitud original antes de sufrir una deformación permanente, superando significativamente a los electrodos metálicos como el oro, que generalmente tienen módulos de Young en el rango de varios cientos de GPa y son capaces de estirarse menos del 30 % de su longitud original antes de romperse.

También se probó rigurosamente la durabilidad del material del bioelectrodo. Los investigadores sumergieron los bioelectrodos en sudor artificial y los sometieron a flexiones repetidas para medir los cambios en la resistencia. Observaron sólo un aumento menor en la resistencia, aproximadamente 1,1 veces en el sudor y 1,3 veces en 300 ciclos de flexión. Además, las nanohojas SWCNT 3rd-SBS mostraron un desprendimiento mínimo después de ser frotadas diez veces, lo que afirma su idoneidad para un uso a largo plazo. En aplicaciones prácticas, los investigadores probaron una nanolámina SBS con tres capas de SWCNT frente a electrodos de gel Ag/AgCl convencionales, fijándolos al antebrazo y midiendo la electromiografía de superficie (sEMG) durante las acciones de agarre. El rendimiento de la nanohoja SWCNT-SBS estuvo a la par del de los electrodos comerciales, logrando relaciones señal-ruido similares de 24,6 dB y 33,3 dB, respectivamente.

"Obtuvimos bioelectrodos adaptables a la piel con altas permeabilidades al vapor de agua, que mostraron un rendimiento comparable en mediciones de sEMG a los de los electrodos convencionales", dijo el profesor asociado Toshinori Fujie del Instituto de Tecnología de Tokio, destacando las prometedoras capacidades del material para dispositivos portátiles para el cuidado de la salud.

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Instituto de Tecnología de Tokio

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