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Jun 24, 2023

Los tatuajes de grafeno miden la presión arterial de forma continua

La medición de la presión arterial no ha cambiado mucho desde la invención del

La medición de la presión arterial no ha cambiado mucho desde la invención del esfigmomanómetro con manguito inflable en 1881. Las personas pueden usar el dispositivo para dar lecturas varias veces al día, pero eso no es suficiente para brindar una visión holística de la salud cardiovascular.

Nuevos tatuajes electrónicos hechos de grafeno leen continuamente la presión arterial durante días. Los sensores de luz ultrafinos podrían permitir el seguimiento de la presión arterial de un paciente mientras realizan sus actividades diarias.

"La presión arterial es un signo vital realmente importante", dice Roozbeh Jafari, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Texas A&M. "El estrés puede matar. El estrés conduce a cambios en la presión arterial, pero no tenemos forma de medirlo o comprenderlo. Entonces, si existe una tecnología para medir la presión arterial continuamente, es un cambio de juego".

Las personas con enfermedades cardiovasculares e hipertensión tienen que controlar la presión arterial de forma rutinaria. Para hacerlo discretamente, los investigadores han desarrollado métodos sin manguito en los últimos años. Algunos se basan en sensores acústicos portátiles que miden los cambios en las señales de ultrasonido que viajan a través del tejido, o sensores de presión que pueden detectar la expansión de los vasos sanguíneos en la muñeca. Estos son voluminosos y pueden moverse, distorsionando las señales medidas.

Los sensores basados ​​en luz, como los de las pulseras de actividad y los relojes inteligentes, pueden medir la frecuencia cardíaca con precisión desde los capilares de la piel, pero la luz no penetra lo suficientemente profundo como para detectar la onda de presión arterial.

El nuevo sensor de presión arterial utiliza sensores de tatuaje electrónicos de grafeno inventados en 2017 por el profesor de ingeniería eléctrica e informática Deji Akinwande en la Universidad de Texas en Austin. Jafari y Akinwande colaboraron en los nuevos sensores de presión arterial de grafeno que informaron en Nature Nanotechnology.

Para hacer los tatuajes, los investigadores cultivan una o dos capas de grafeno en una lámina de cobre, la recubren con una capa ultrafina de acrílico de 200 nanómetros de espesor y la transfieren a papel comercial para tatuajes temporales. El grosor a nivel atómico del grafeno significa que los parches se adaptan muy bien a la piel, dice Akinwande, por lo que se adhieren sin necesidad de adhesivos y permanecen en su lugar. Además, el usuario no los siente.

En una versión prototipo del sistema de control continuo de la presión arterial, se pegan segmentos de lámina de cobre a la muñeca. Las etiquetas de imagen identifican la arteria radial y cubital de la persona, así como las ubicaciones para la "inyección" (introducción) de una señal de corriente alterna de bajo nivel. Universidad de Texas en Austin/Texas A&M University/Nature Nanotechnology

Para determinar la presión arterial, los investigadores utilizan los sensores de grafeno para medir la bioimpedancia, la impedancia eléctrica al flujo de corriente a través del tejido. Adjuntan dos filas de seis tatuajes de grafeno cada una en la muñeca de un participante. Cada fila se coloca justo encima de una de las dos arterias principales de la muñeca. Los parches más externos de cada fila envían pequeñas corrientes eléctricas al brazo, y los cuatro parches internos miden los cambios de voltaje, lo que ayuda a calcular la impedancia.

La impedancia refleja el cambio del volumen sanguíneo en las arterias, dice Jafari, pero no se traduce directamente en la presión arterial. Entonces, el equipo creó un algoritmo de aprendizaje automático para estimar con precisión la presión arterial en función de varios parámetros diferentes, incluido el cambio de volumen de sangre, el tiempo de tránsito del pulso de presión entre dos sitios, la diferencia de tiempo entre la llegada de los pulsos a las dos arterias y el Propiedades elásticas de las arterias.

Como demostración, los investigadores colocaron los sensores de grafeno en siete participantes humanos y midieron la presión arterial mientras los voluntarios realizaban ejercicios activos. Para determinar la precisión, compararon las lecturas con lecturas periódicas tomadas con la técnica del manguito de presión arterial estándar de oro.

Algunos participantes realizaron una extenuante caminata al aire libre a 38 °C y otros realizaron flexiones. Los tatuajes no se degradaron tras la exposición a la luz y el calor o el contacto con el agua o el sudor. Los investigadores pudieron controlar la presión arterial de forma continua durante cinco horas. Es fácilmente posible un seguimiento más prolongado, dice Jafari, ya que los tatuajes duran siete días.

Este sensor de primera generación está cableado. Los datos de voltaje van desde los tatuajes hasta la electrónica de lectura a través de cables metálicos. Pero Akinwande dice que planean desarrollar un sensor inalámbrico a continuación. "Requeriría que diseñáramos un chip que enviara datos de forma inalámbrica", dice.