Un nou pegat per a la pell facilita el diagnòstic de la fibrosi quística
Un equip liderat per investigadors de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM) del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) ha desenvolupat un nou dispositiu intel·ligent, basat en una bateria de paper de vuit centímetres de llarg per quatre d'ample, que podria ser usat per facilitar el diagnòstic de la fibrosi quística, una patologia hereditària de les glàndules mucoses i sudorípares. Els resultats de les proves amb aquesta nova bateria apareixen publicats a la revista Microsystems & Nanoengineering.
La fibrosi quística és la malaltia rara més comuna a Occident i a Espanya la pateixen al voltant de 2.500 persones, segons dades de la Federació Espanyola de Fibrosi Quística. Es caracteritza per afectar les zones del cos que produeixen secrecions i per les infeccions i inflamacions que provoca en zones del pulmó, fetge, pàncrees i sistema reproductor. S’acostuma a diagnosticar amb una anàlisi de la suor, la qual, en els pacients afectats per la malaltia, és més salada del normal.
El nou dispositiu consisteix en un pegat per a la pell, bateria i sensor al mateix temps, capaç de generar més o menys potència segons la conductivitat del líquid amb el qual es mulla. Quan entra en contacte amb un líquid, aquest pegat, que és com una mena de tireta, activa la reacció electroquímica dels elèctrodes. Si el líquid analitzat és més conductor (més salat), el dispositiu genera més potència; si és menys conductor (menys salat), genera menys.
"Aquest pegat, que no depèn de cap font d'alimentació externa, seria molt fàcil d'usar i tindria un cost molt baix, el que permetria realitzar la mesura sense instruments mèdics externs, normalment cars, fent-lo accessible a un major nombre d'hospitals i centres de salut", explica l'investigador del CSIC Joan Pau Esquivel, que treballa a l'Institut de Microelectrònica de Barcelona.
Els investigadors van comprovar primer el principi d'operació mesurant el comportament de la bateria de paper quan era activada amb solucions salines de diferents conductivitats. "Amb això vam demostrar que la bateria era sensible en el rang de conductivitats desitjat i érem capaços de distingir la diferència entre més salat i menys", detalla Esquivel.
Posteriorment, els científics van desenvolupar el circuit electrònic, que havia de treballar amb la mateixa potència produïda per la bateria, per discriminar aquest valor de potència, comparar si estava per sobre o per sota d'un valor llindar determinat i convertir-lo en alguna cosa que es pogués llegir a simple vista. Aquest circuit havia de ser molt simple, amb el mínim nombre de components, perquè eventualment pogués ser totalment imprès utilitzant la tecnologia d'electrònica impresa. Finalment, van donar amb el disseny definitiu del dispositiu, que consisteix en un transistor, dos díodes, dues resistències i, per mostrar el resultat, dues pantalles electrocrómicas (si el resultat és negatiu, s'encén una d'elles i, si és positiu per fibrosi quística, s'encenen les dues).
Per a la validació del sistema, es van emprar 40 dispositius. Els mesuraments es van fer utilitzant solucions de suor artificial per avaluar la sensibilitat i especificitat. La conductivitat de les solucions mesures va ser ajustada als valors llindar definits per l'European Cystic Fibrosis Society i el Clinical and Laboratory Standards Institute.
NOUS DISPOSITIUS DE DIAGNÒSTIC
Neus Sabaté, professora ICREA i investigadora principal del projecte afirma: "Aquest treball demostra la capacitat de crear nous dispositius de diagnòstic autoalimentats mitjançant la combinació del potencial que ofereixen les tecnologies d'electrònica impresa, l'microfluídica i les fonts d'energia electroquímica integrades en substrats de paper. De fet, ja estem explorant la viabilitat d'aquest dispositiu per a altres aplicacions com l'anàlisi de la suor en esportistes o el nivell de salinitat de l'aigua de reg".
El treball s'emmarca dins el projecte ERC Consolidator Grant Supercell, el qual té com a objectiu desenvolupar piles de combustible i bateries de paper per dissenyar una nova generació de dispositius de diagnòstic in vitro autoalimentats. Aquestes fonts d'energia ecològiques i d'un sol ús permetran alimentar dispositius portàtils de diagnòstic, com a proves d'embaràs i glucòmetres. En tots ells el mateix fluid que es pretén analitzar és emprat com a combustible.
El dispositiu, Premi al millor prototip 2018 de l'Organic and Printed Electronics Association, ha estat patentat. Els investigadors esperen continuar el desenvolupament de la tecnologia i la seva validació clínica per transferir-lo al mercat, replicant l'experiència que han tingut amb la creació de l'empresa Fuelium, SL, una spin-off del CSIC fundada el 2015 per ells mateixos, juntament amb socis del àmbit científic i industrial.
Actualment, Fuelium ja llicència en exclusiva una patent propietat del CSIC i comercialitza la tecnologia de bateries de paper per a aplicacions d'un sol ús. Fins ara, la companyia ha aconseguit finançament no dilutiva de fonts privades i públiques, com el Fons d'Emprenedors de la Fundació Repsol, Programa Torres Quevedo, Programa NEOTEC del CDTI, Programa SME Instrument de la Comissió Europea, entre d'altres. A més, l'empresa ha signat contractes de desenvolupament amb clients d'empreses multinacionals.
Laura Ortega, Anna Llorella, Juan Pablo Esquivel & Neus Sabaté. Self-powered smart patch for sweat conductivity monitoring. Microsystems & Nanoengineering. DOI: 10.1038/s41378-018-0043-0.