Científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado una tinta conductora que se puede pintar directamente sobre la piel en diseños coloridos personalizados, transformándose en un electrodo funcional para biomonitoreo después de secarse. Describieron su trabajo en un nuevo artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

Como se informó anteriormente, los dispositivos electrónicos epidérmicos adheridos a la piel mediante tatuajes temporales (e-tatuajes) existen desde hace más de una década. Estos e-tatuajes se conectan a la piel sin adhesivos, son prácticamente imperceptibles y generalmente se adhieren mediante un tatuaje temporal, permitiendo mediciones eléctricas (y otras mediciones, como temperatura y deformación) utilizando polímeros ultrafinos con elementos de circuito incrustados. Sin embargo, no funcionan bien en superficies curvas y/o peludas, y requieren un diseño de colocación de electrodos personalizado para cubrir áreas más grandes, ya que las bioseñales están distribuidas espacialmente. Así que los científicos se han vuelto creativos. Por ejemplo, en 2024, investigadores desarrollaron tintas conductoras especiales a base de polímeros que se pueden imprimir en el cuero cabelludo de una persona para medir ondas cerebrales, incluso si tiene cabello.

El ingeniero mecánico de Penn State, Larry Cheng, coautor del nuevo artículo de PNAS, ha estado trabajando en diseños de electrodos para aplicaciones de biomonitoreo durante más de 10 años, incluidos EEG, ECG y EMG. El uso de materiales rígidos como metales proporciona un biomonitor estable, pero se desprende fácilmente cuando el usuario se mueve demasiado, como durante el ejercicio. Los hidrogeles han surgido en los últimos años como materiales alternativos, ya que pueden absorber agua, hincharse y estirarse con la piel del cuerpo durante el movimiento. Pero los hidrogeles se degradan bastante rápido y pierden esos beneficios con el uso prolongado. El sudor o el cabello también pueden reducir la precisión del registro de bioseñales, porque los electrodos comerciales están prefabricados y luego se aplican a la piel, creando un espacio de aire que debilita las lecturas del sensor.

Cheng y su equipo decidieron desarrollar su tinta conductora para abordar ese problema. Mezclaron varios tipos diferentes de polímeros y aditivos ácidos en una solución acuosa de etanol/alcohol polivinílico. PEDOT:PSS (poli(3,4-etilendioxitiofeno):poli(estireno sulfonato)) proporcionó conductividad eléctrica, junto con DBSA (ácido 4-dodecilbencenosulfónico), que también sirvió como plastificante para darle flexibilidad a la tinta. El equipo acortó misericordiosamente el acrónimo de su nueva tinta conductora a WE-PPD. "La tinta en sí misma se comporta casi como pintura facial", dijo Cheng. "Comienza casi transparente, pero puedes usar colorante alimentario para pigmentar la tinta en los colores que necesites para pintar cualquier diseño que tengas en mente, como un dibujo animado o Superman. Esto nos permite personalizar completamente el dispositivo portátil según la preferencia de la persona". Debido a que la tinta llena los contornos de la piel, el electrodo resultante tiene una conectividad muy alta con la piel y, por lo tanto, un mejor registro de la señal. También se puede incorporar en una textura de plata porosa e integrar con dispositivos rígidos.

Los sensores pintados se probaron en el laboratorio en sujetos humanos para monitorear la actividad cardíaca mientras corrían en una cinta y levantaban pesas; reconocimiento de gestos para controlar una mano robótica protésica; y actividad cerebral (EEG), monitoreada a través del cabello, mientras un coautor realizaba sus actividades diarias. Los electrodos pintados pudieron estirarse hasta un 170 por ciento antes de fallar, según los autores, tenían una permeabilidad al vapor de agua mucho mayor que las películas médicas estándar y no causaron irritación en la piel durante el uso prolongado. "Aunque probamos la aplicación de uso diario durante un período de 12 horas, este no es el límite para estos electrodos", dijo Cheng. "Los electrodos en sí mismos se pueden lavar y reaplicar fácilmente. La gran idea detrás de esto es que en el futuro, podrías tener potencialmente un módulo de detección más costoso que permanezca separado del sistema, pero los electrodos en sí mismos podrían ser desechables. Una sola botella de tinta podría proporcionar suficiente material para pintar múltiples electrodos".