Visión de la investigación propuesta para desarrollar un dispositivo de laboratorio en un chip milifluídico autoalimentado para determinar la conductividad sanguínea. Crédito: Materiales avanzados (2024). DOI: 10.1002/adma.202403568
Los trastornos metabólicos, como la diabetes y la osteoporosis, están aumentando en todo el mundo, especialmente en los países en desarrollo.
El diagnóstico de estos trastornos suele ser un análisis de sangre, pero debido a que la infraestructura de atención médica existente en áreas remotas no puede soportar estas pruebas, la mayoría de las personas no son diagnosticadas ni reciben tratamiento. Los métodos convencionales también 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.
Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y del Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh están proponiendo un nuevo dispositivo que utiliza sangre para generar electricidad y medir su conductividad, abriendo puertas a la atención médica en cualquier lugar. Su artículo, “Dispositivo de laboratorio en un chip con nanogeneradores milifluídicos para la monitorización de la conductividad eléctrica de la sangre a baja frecuencia”, se publicó en Materiales avanzados.
“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”, afirmó 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”.
La conductividad eléctrica de la sangre es una métrica valiosa para evaluar diversos parámetros de salud y detectar afecciones médicas.
Esta conductividad 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”, explicó el Dr. 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 Pitt, Departamento de Patología.
“La glucosa, por ejemplo, es un conductor eléctrico. A través de estas mediciones podemos ver cómo afecta a la conductividad, lo que 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.
Un laboratorio de bolsillo
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.
Más información:
Jianzhe Luo et al, Dispositivo de laboratorio en un chip con nanogenerador milifluídico para la monitorización de la conductividad eléctrica de la sangre a baja frecuencia, Materiales avanzados (2024). DOI: 10.1002/adma.202403568, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202403568
Proporcionado por la Universidad de Pittsburgh
Citación: Un nuevo chip impulsado por sangre ofrece monitoreo de la salud en tiempo real (2024, 24 de junio) obtenido el 24 de junio de 2024 de grT
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