Piel inteligente con propiedades de detección precisas
La piel humana posee un sistema de detección sofisticado y especializado que identifica los estímulos ambientales y transmite la información al cerebro. La piel artificial tiene diversos tipos de receptores sensoriales y terminaciones nerviosas que permiten percibir la temperatura y los estímulos mecánicos. La piel también es capaz de experimentar sensaciones táctiles, es decir, posee la habilidad de percibir texturas, formas y otras características físicas de los objetos que están en contacto con ella. En conjunto, la piel aporta al cuerpo una rica gama de información sensorial que nos permite percibir el entorno e interactuar con el mismo de forma compleja. Aunque en el último decenio se ha avanzado mucho en la comprensión de este sistema complejo, el desarrollo de la piel artificial con propiedades y funciones similares a la piel humana es un ámbito relativamente nuevo con un gran potencial. La piel artificial idónea debe contar con varias propiedades que imiten al máximo la piel humana, como la biocompatibilidad, las propiedades mecánicas y la percepción sensorial.
Integrar diversos sensores en una piel artificial nueva
El objetivo del equipo del proyecto SmartCore, financiado con fondos europeos, consistía en integrar los sensores de temperatura, humedad y presión en una única piel artificial nueva para lograr una percepción con alta resolución espacial. «A fin de crear una piel artificial eficaz, se necesitan materiales que ofrezcan propiedades mecánicas y eléctricas adecuadas, además de controlar el grosor y el tamaño de las capas a escala microscópica a través de diversas técnicas», explica la investigadora principal, Anna Maria Coclite. Los investigadores desarrollaron un material híbrido compuesto por óxido de zinc piezoeléctrico y un polímero inteligente. Un material piezoeléctrico es aquel que produce una señal eléctrica cuando cambia de forma, con lo cual puede usarse en sensores de presión o fuerza como los que incorporan las pantallas táctiles. El polímero inteligente se diseñó para que respondiese a la temperatura, así como a la humedad, y cambiase de forma. Ambos materiales se colocaron en una nanoestructura núcleo-cubierta con el polímero inteligente en el núcleo y el piezoeléctrico en el exterior. Con ello se consiguió que, cuando el primero cambia de forma debido a la temperatura o la humedad, ejerza presión sobre el óxido de zinc, lo cual genera una señal que puede medirse.
Materiales biocompatibles y mayor resolución
«La piel artificial SmartCore está fabricada con materiales seguros para el organismo y puede detectar muchas cosas al mismo tiempo con una gran precisión», subraya Coclite. La piel humana puede detectar objetos de un tamaño mínimo de 1 mm2. La piel artificial SmartCore demostró que la respuesta puede medirse en zonas de apenas 0,25 mm2. Cabe destacar que la piel artificial SmartCore demostró, por primera vez, sensibilidad a tres estímulos simultáneos (presión, temperatura y humedad). De este modo se obtiene información integrada sobre el entorno, de forma parecida a la piel humana.
Administración de fármacos a partir de la piel artificial
Con la creación de un sistema inalámbrico posterior, se podrán detectar señales eléctricas procedentes de un conjunto de sensores núcleo-cubierta y desarrollar un prototipo real de dispositivo que se propondrá para su explotación. Otro aspecto muy importante de las pieles artificiales es la administración de fármacos con cinética controlable. En el caso de SmartCore, los fármacos pueden integrarse en los polímeros inteligentes y liberarse cuando los polímeros se expanden a causa de la temperatura y la humedad. Esto permitiría administrar fármacos según demande el organismo, por ejemplo, como respuesta ante procesos febriles o infecciosos.
Palabras clave
SmartCore, piel artificial, temperatura, humedad, polímero, piezoeléctrico, sensor, óxido de zinc, nanoestructura
