Lentes de contacto inteligentes que diagnostican y tratan la diabetes

La diabetes se considera una enfermedad incurable porque, una vez que se desarrolla, no desaparece independientemente del tratamiento aplicado por la medicina moderna. Tener diabetes significa una obligación de por vida de realizar inyecciones de insulina y control de los niveles de glucosa en la sangre. ¿Pero qué pasaría si pudieras controlar la secreción de insulina solo con el uso de lentes de contacto?

Recientemente, un equipo de investigación de POSTECH desarrolló una tecnología de “lentes de contacto inteligentes” que pueden detectar la diabetes y tratar la retinopatía diabética con solo usarlas.

El profesor Sei Kwang Hahn y los estudiantes de postgrado Do Hee Keum y Su-Kyoung Kim del Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería de POSTECH, y el profesor Jae-Yoon Sim y el estudiante de postgrado Jahyun Koo del Departamento de Electrónica e Ingeniería Eléctrica han desarrollado una lente de contacto inteligente energizada por tecnología inalámbrica que puede diagnosticar y tratar la diabetes controlando el suministro de medicamentos con señales eléctricas. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Science Advances, una revista de renombre mundial. Las lentes de contacto inteligentes desarrolladas por el equipo de investigación están hechas de polímeros biocompatibles e integran biosensores y sistemas de suministro de medicamentos y comunicación de datos.

El equipo de investigación verificó que el nivel de glucosa en las lágrimas de conejos diabéticos analizados con lentes de contacto inteligentes coincidía con su nivel de glucosa en sangre utilizando un sensor de glucosa convencional que utiliza sangre extraída. El equipo confirmó además que las drogas encerradas en las lentes de contacto inteligentes podían tratar la retinopatía diabética.

El equipo del profesor Sei Kwang Hahn en POSTECH desarrolla lentes de contacto inteligentes inalámbricas para el diagnóstico y tratamiento de la diabetes. (Foto: Sei Kwang Hahn (POSTECH))

Recientemente, aplicando la tecnología de estas lentes de contacto inteligentes, se ha llevado a cabo una investigación para ampliar el alcance de los “electroceúticos” (electroceuticals en inglés) que utilizan estimulaciones eléctricas para tratar trastornos cerebrales como las enfermedades de Alzheimer y Parkinson, y enfermedades mentales como la depresión.

El equipo de investigación espera que este desarrollo de lentes de contacto inteligentes terapéuticas autocontroladas con análisis biométrico en tiempo real se aplique rápidamente a las industrias de la salud que desarrollan elementos ponibles.

El profesor Sei Kwang Han, que dirigió la investigación, declaró: “A pesar de la investigación y el desarrollo en toda regla de dispositivos ponibles de empresas mundiales, la comercialización de los dispositivos médicos con alimentación inalámbrica para el diagnóstico y el tratamiento de la diabetes y la retinopatía es insuficiente”. Añadió: “Esperamos que esta investigación contribuya en gran medida al avance de las industrias relacionadas, al ser los primeros en desarrollar lentes de contacto inteligentes alimentadas por energía inalámbrica y equipadas con un sistema de administración de medicamentos para el diagnóstico y tratamiento de la diabetes y la retinopatía”. (Fuente: NCYT Amazings)

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Nuevo método para la manipulación sin contacto de nanohilos semiconductores

Uno de los retos actuales más importantes de la nanotecnología es la manipulación mecánica de estructuras nanométricas, como son los nanohilos semiconductores, y su integración en dispositivos electrónicos o sensores. Las reducidas dimensiones de estas nanoestructuras conllevan un alto riesgo de producir daños irreversibles sobre la mismas, o de alterar sus propiedades electrónicas durante su manipulación e integración en dispositivos.

Ahora, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) (España) y la University of the West of Scotland (UWS) han descrito en la revista Nanotechnology un método innovador para manipular nanoestructuras semiconductoras y fabricar dispositivos optoelectrónicos de tamaño nanométrico.

La técnica, conocida como dielectroforesis, consiste en la aplicación de un campo eléctrico no uniforme en una disolución, conteniendo nanoestructuras semiconductoras con forma de nanohilo.

“Las diferentes propiedades dieléctricas del disolvente y de los nanohilos producen la aparición de una fuerza eléctrica de arrastre sobre el cuerpo del nanohilo. Esta fuerza, denominada fuerza dielectroforética, es la responsable del atrapamiento y alineamiento de los nanohilos para formar los dispositivos creados en este trabajo”, explican los autores.

Los resultados demuestran el potencial de la dielectroforesis como técnica prometedora y barata para el desarrollo de la nanotecnología. Además, confirman el potencial del nanohilo de GaAs como un fotodetector de luz visible de alta eficiencia por su bajo consumo energético, rápida respuesta y alta sensibilidad.

Una gota de etanol con nanohilos en suspensión es sometida a un voltaje alterno entre los electrodos para conseguir el movimiento de los nanohilos hacia sus terminales, donde quedan finalmente atrapados. (Foto: Nanotechnology)

En un trabajo anterior (García-Núñez et al, 2018), investigadores del grupo de Electrónica y Semiconductores de la UAM, liderados por el Prof. Basilio Javier García, habían desarrollado un método pionero para sintetizar nanohilos de arseniuro de galio (GaAs), utilizando una técnica conocida como epitaxia de haces químicos.

En el nuevo trabajo, los investigadores muestran cómo han conseguido ensamblar dispositivos optoelectrónicos basados en nanohilos de GaAs empleando un tipo de manipulación mecánica sin contacto. Así, presentan un método efectivo para preparar disoluciones con diferentes concentraciones, morfologías y composiciones de estos nanohilos, gracias al preciso control obtenido en el método de crecimiento.

“Las disoluciones fueron utilizadas en un sistema experimental desarrollado en la UAM que permite aplicar campos eléctricos no uniformes en la disolución de nanohilos a través de electrodos conductores definidos sobre sustratos aislantes”, destacan los autores.

Como parte del trabajo se llevó a cabo un estudio teórico de los principales parámetros del sistema experimental que gobiernan la magnitud de la fuerza dielectroforética ejercida sobre los nanohilos durante el proceso de dielectroforesis.

La influencia de parámetros como el voltaje y la frecuencia del campo eléctrico alterno, así como la geometría del sistema, fue simulada mediante un método conocido como análisis de elementos finitos, permitiendo la optimización tanto del atrapamiento de los nanohilos como de su alineamiento en el sustrato receptor.

Estos resultados teóricos fueron confirmados mediante un sistema experimental que permitió el desarrollo y fabricación de fotodetectores basados en nanohilos de GaAs. “El control preciso del sistema experimental demostró su potencial para fabricar dispositivos basados en multi-nanohilos o nanohilos simples, con un tanto por ciento de efectividad en el atrapamiento del 90%, y del 95% en el alineamiento, lo que supone un paso revolucionario en desarrollo de nanotecnología”, detallan los investigadores.

“La posibilidad de atrapar nanohilos simples entre electrodos metálicos —agregan— es de gran interés para el estudio de las propiedades fundamentales de estas nanoestructuras. En el trabajo, llevamos a cabo estudios de las propiedades optoelectrónicas de nanohilos simples de GaAs, observando su respuesta al rango visible del espectro electromagnético”. (Fuente: UAM)

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Nueva técnica para medir el estado de carga de pilas que no requiere contacto con ellas

Las baterías recargables son una pieza decisiva de muchas nuevas tecnologías y de ellas depende, por ejemplo, garantizar un uso muchísimo mayor de energías renovables. Almacenar a bajo costo energía solar para su uso de noche, o eólica para emplearla cuando no sopla el viento, es una de las funciones clave en cuya optimización se trabaja. Otra función de enorme importancia es energizar vehículos eléctricos, teléfonos móviles y ordenadores portátiles.

Unos científicos de la Universidad Johannes Gutenberg y del Instituto Helmholtz de Maguncia, ambas instituciones en Alemania, han presentado ahora un método sin contacto físico para medir el estado de carga, los defectos y las pérdidas de capacidad en baterías de iones de litio.

Dmitry Budker y sus colegas suelen utilizar la magnetometría atómica para explorar cuestiones fundamentales de la física, incluyendo la búsqueda de nuevas partículas subatómicas. “Magnetometría” es el término utilizado para describir la medición de los campos magnéticos. Un ejemplo simple de instrumento de magnetometría es la brújula, en la cual el campo magnético de la Tierra hace que su aguja apunte al norte.

El equipo integrado, entre otros, por Budker, Yinan Hu y Arne Wickenbrock, emplea ahora magnetómetros atómicos para medir el campo magnético alrededor de celdas de batería.

“Nuestra técnica funciona esencialmente de la misma manera que la resonancia magnética, pero es mucho más simple porque utilizamos magnetómetros atómicos”, explica Wickenbrock. La nueva técnica permite mediciones rápidas y de alta sensibilidad.

Yinan Hu sosteniendo una celda de batería, junto a un dispositivo que mide el estado de carga. (Foto: © Arne Wickenbrock)

Los magnetómetros atómicos son magnetómetros que utilizan átomos en forma gaseosa como sondas para un campo magnético. Están disponibles comercialmente y se utilizan en aplicaciones industriales así como en la investigación fundamental.

En el caso de las mediciones de baterías, estas se colocan en un campo magnético de fondo. Las baterías alteran este campo magnético de fondo y el cambio se mide con magnetómetros atómicos. “El cambio nos da información sobre el estado de carga de la batería, sobre cuánta carga queda en la batería y sobre posibles daños”, explica Wickenbrock. “El proceso es rápido y, en nuestra opinión, puede ser fácilmente integrado en los procesos de producción”.

Con respecto a esto último, las noticias recurrentes de lesiones graves de usuarios como resultado de la explosión de cigarrillos electrónicos y las restricciones para llevar ciertos tipos de teléfonos celulares en los aviones muestran la importancia de disponer de una técnica adecuada para detectar defectos en las celdas de batería. (Fuente: NCYT Amazings)

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