Los trastornos metabólicos, como la diabetes y la osteoporosis, están aumentando en todo el mundo, especialmente en los países en desarrollo.
Estos trastornos generalmente se diagnostican con análisis de sangre, pero debido a que la infraestructura de atención médica actual en áreas remotas no puede soportar estas pruebas, la mayoría de las personas no son diagnosticadas ni tratadas. Los métodos tradicionales implican procedimientos invasivos y que requieren mucho tiempo y hacen que el monitoreo en tiempo real sea poco práctico, especialmente en entornos de la vida real y 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 la puerta a la atención médica en cualquier lugar.
“A medida que avanzan los campos de la nanotecnología y los microfluidos, existe una oportunidad cada vez mayor de desarrollar dispositivos de laboratorio en un chip capaces de sortear las barreras de la atención médica moderna”, afirmó Amir Alvi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental. Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt. “Estas tecnologías pueden mejorar potencialmente la atención sanitaria al ofrecer diagnósticos rápidos y sencillos y, en última instancia, mejorar los resultados de los pacientes y la eficacia de los servicios médicos”.
Ahora tenemos buena sangre.
La conductividad eléctrica de la sangre es una métrica valiosa para evaluar diversos parámetros de salud y detectar afecciones médicas.
Esta conductividad se rige principalmente por la concentración de electrolitos esenciales, particularmente iones de sodio y cloruro. Estos electrolitos son esenciales para muchos procesos corporales y ayudan a los médicos a identificar el diagnóstico.
“La sangre es principalmente un ambiente a base de agua que contiene varias moléculas que conducen o inhiben la corriente eléctrica”, explicó el Dr. Alan Wells, director médico de los Laboratorios Clínicos de la UPMC, vicepresidente ejecutivo de la Universidad de Pittsburgh y de la Sección de Medicina de Laboratorio de la 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 inmediato”.
A pesar de su vitalidad, el conocimiento de la conductividad de la sangre humana está limitado por los desafíos para su medición, como la polarización de los electrodos, el acceso limitado a muestras de sangre humana y las complicaciones asociadas con el mantenimiento de la temperatura de la sangre. Las mediciones de conductividad a frecuencias inferiores a 100 Hz son particularmente importantes para obtener una comprensión más profunda de las propiedades eléctricas de la sangre y los procesos biológicos subyacentes, pero también son más desafiantes.
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 material conductor dentro de su nanogenerador triboeléctrico integrado, o TENG. El sistema TENG basado en sangre propuesto puede convertir la energía mecánica en electricidad mediante turboelectrificación.
Este proceso implica el intercambio de electrones entre los materiales en contacto, lo que resulta en una transferencia de carga. En un sistema TENG, la transferencia de electrones y la separación de carga crean una diferencia de voltaje que impulsa una corriente eléctrica cuando el material experimenta un movimiento relativo como compresión o deslizamiento. El equipo analiza el voltaje generado por el dispositivo bajo condiciones de carga predeterminadas para determinar la conductividad eléctrica de la sangre. El mecanismo de autoalimentación permite la miniaturización del nanogenerador a base 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 probar su precisión, el equipo comparó sus resultados con una prueba convencional que resultó exitosa. Esto abre la puerta a realizar pruebas en el lugar donde vive la gente. Además, los nanogeneradores alimentados por sangre son capaces de funcionar en cualquier lugar del cuerpo donde haya sangre, lo que permite realizar diagnósticos autoguiados utilizando la química sanguínea local.
