Investigadors de l’ICFO dissenyen nous dispositius de salut flexibles i transparents basats en grafè
Dispositiu flexible i transparent que pot proporcionar mesuraments continus i precisos de múltiples signes vitals, desenvolupat per l'ICFO
Prototip de pegat UV flexible capaç de transferir sense fils tant energia com dades i d'operar sense bateries per detectar l'índex UV ambiental, desenvolupat per l'equip d'investigadors de l'ICFO
Pegat de grafè que, integrat a la pantalla d'un telèfon mòbil, mesura de manera instantània i mostra signes vitals en temps real quan un usuari col·loca un dit a la pantalla
Investigadors de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) han desenvolupat una nova classe de dispositius portàtils basats en grafè –flexibles, transparents i de baixa potència– que poden monitorar múltiples signes vitals, com ara la freqüència cardíaca, la freqüència respiratòria, l’oxigenació del pols sanguini i l'exposició a la radiació UV. L’estudi ha estat publicat recentment a la revista 'Science Advances'.
16/09/2019
Els nous dispositius tecnològics estan prioritzant el monitoratge no invasiu dels signes vitals no només per al monitoratge de l'estat físic, sinó també per a la prevenció de problemes de salut comuns com ara la insuficiència cardíaca, la hipertensió o les complicacions relacionades amb l'estrès, entre d'altres. Els wearables —dispositius portables amb prestacions tecnològiques avançades— basats en mecanismes de detecció òptica estan demostrant ser un mètode inestimable per informar sobre el funcionament intern del nostre cos i han experimentat un gran impuls d'integració en el mercat de consum. Les tecnologies portàtils actuals, basades en components no flexibles, no ofereixen la precisió desitjada i només poden monitoritzar un nombre limitat de signes vitals.
En un estudi recent publicat a Science Advances, investigadors de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) –institut universitari de recerca adscrit a la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC)– han demostrat la viabilitat d’una nova classe de dispositius flexibles i transparents que s'ajusten a la pell i que poden proporcionar mesuraments continus i precisos de múltiples signes vitals, com la freqüència cardíaca, la freqüència respiratòria, l'oxigenació del pols sanguini o l'exposició a la radiació ultraviolada (UV) del sol. Mentre el dispositiu mesura els diferents paràmetres, la lectura es visualitza i emmagatzema en un telèfon mòbil connectat al sensor mitjançant Bluetooth. A més, el dispositiu pot funcionar sense bateria ja que es carrega sense fils a través del telèfon.
Wearables que monitoritzen diversos signes vitals
"Per a nosaltres era molt important demostrar l'àmplia gamma d'aplicacions potencials de la nostra tecnologia avançada de detecció de llum mitjançant la creació de diversos prototips, incloent un braçalet flexible i transparent, un pegat per mesurar la salut integrat en un telèfon mòbil i un pegat de monitorització UV per l'exposició al sol. Han demostrat ser versàtils i eficients gràcies a aquestes característiques úniques", explica l’investigador Emre Ozan Polat, primer autor d'aquesta publicació.
El braçalet ha estat fabricat de manera que s'adapta a la superfície de la pell i proporcioni un mesurament continu durant l'activitat. Incorpora un sensor de llum que pot registrar el canvi en el volum dels vasos sanguinis a causa del cicle cardíac i després extreure’n diferents signes vitals com la freqüència cardíaca, la freqüència respiratòria i l'oxigenació del pols sanguini.
Així mateix, els investigadors han desenvolupat un pegat de grafè que, integrat a la pantalla d'un telèfon mòbil, mesura de manera instantània i mostra signes vitals en temps real quan un usuari col·loca un dit a la pantalla. Una característica única d'aquest prototip és que utilitza llum ambiental per funcionar, promovent així un baix consum d'energia en aquests wearables integrats i, per tant, permetent un monitoratge continu dels marcadors de salut durant llargs períodes de temps.
Nova tecnologia basada en el grafè
La tecnologia avançada de detecció de llum de ICFO fa servir dos tipus de nanomaterials: el grafè, un material altament flexible i transparent fet d'una capa d'àtoms de carboni d'un àtom de gruix, juntament amb una capa d'absorció de llum feta de punts quàntics. Aquesta nova tecnologia aporta noves formes i llibertat de disseny al camp dels wearables, fet que la converteix en una plataforma potent per als desenvolupadors de productes. L’investigador Antonios Oikonomou, business developer de l'ICFO, emfatitza aquest últim punt: “La pròspera indústria dels dispositius portàtils està buscant ansiosament augmentar la fidelitat i la funcionalitat de les seves ofertes. La nostra plataforma tecnològica basada en grafè respon a aquest desafiament amb una proposta única: un sistema escalable i de baixa potència capaç de mesurar diversos paràmetres, alhora que permet la integració de nous factors de forma en productes.”
L’investigador Stijn Goossens, cosupervisor de l'estudi, afegeix: “hem aconseguit un gran avenç demostrant un sistema de detecció flexible i portàtil fet amb components de detecció de llum basats en grafè. La clau era triar el millor dels mons dels materials rígids i dels flexibles. Utilitzem els beneficis únics dels components flexibles per a la detecció de signes vitals i els combinem amb l'alt rendiment i la miniaturització dels components electrònics rígids convencionals.”
Pegat per alertar de la sobreexposició solar
Finalment, els investigadors han pogut demostrar un rang ampli de detecció de longituds d'ona amb aquesta tecnologia, ampliant la funcionalitat dels prototips més enllà del rang visible. Utilitzant la mateixa tecnologia central, han fabricat un prototip de pegat UV flexible capaç de transferir sense fils tant energia com dades i d'operar sense bateries per detectar l'índex UV ambiental. El pegat funciona amb un baix consum d'energia i compta amb un sistema de detecció de raigs UV d'alta eficiència que pot fixar-se a la roba o a la pell, i que pot utilitzar-se per controlar l'exposició a la radiació solar, alertant a l'usuari en cas de sobreexposició.
"Estem entusiasmats amb el futur d'aquesta tecnologia, que apunta cap a una integració escalable dels punts quàntics amb grafè en circuits totalment flexibles que en millorarien la forma, la sensació, la durabilitat i el rendiment", comenta l’investigador Frank Koppens, líder del grup de Nano-optoelectrònica Quàntica de l'ICFO. "Aquests resultats demostren que aquesta plataforma flexible i portàtil és compatible amb processos de fabricació escalables, el que suggereix que la producció en sèrie de dispositius de baix cost estarà a l'abast en un futur pròxim", afegeix.
Aquest treball va ser finançat per la Fundació Cellex, per l’ajut del Consell Europeu de Recerca (ERC) Proof of Concept 'GRAPHEALTH', així com la Graphene Flagship.
