Sensores de grafeno low-cost para interactuar con el cerebro

Las tecnologías presentadas en el Pabellón del Grafeno (Graphene Pavilion) del Mobile World Congress aprovechan la combinación única de las propiedades del grafeno, como su flexibilidad, biocompatibilidad y facilidad para el transporte de electricidad. El pabellón, coordinado por el ICFO – Institut de Ciències Fotòniques, en colaboración con el Graphene Flagship, incluirá dos tecnologías desarrolladas por investigadores del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2).

La primera, en colaboración con centros de investigación de Barcelona y del Campus de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), presenta sensores electrónicos de grafeno que pueden utilizarse para detectar la actividad eléctrica del cerebro.  Este tipo de sensores pueden aplicarse en un área grande y con una resolución muy alta. La segunda tecnología consiste en un sistema versátil y de bajo coste para imprimir patrones de óxido de grafeno en una gran variedad de sustratos.

Una investigación que posibilita aplicaciones biomédicas y nuevas interfaces cerebro-máquina

Los sensores electrónicos de grafeno para el cerebro son posibles gracias a la colaboración interdisciplinaria entre los grupos de investigación liderados por el Dr. Jose Antonio Garrido, Profesor ICREA del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) que comenzó esta investigación en el Technische Universität München (TUM), la Dra. Rosa Villa, investigadora CSIC del Centro Nacional de Microelectrónica (CNM-IMB-CSIC) y el CIBER-BBN, y la Dra. María Victoria Sánchez Vives, Profesora ICREA del Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS). La investigación básica encabezada por estos científicos está orientada a generar innovadoras aplicaciones en humanos en el contexto del Graphene Flagship y el Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), del cual es miembro el ICN2.

Basados en las tecnologías de microfabricación más novedosas, los dispositivos consisten en matrices de microsensores de grafeno (de aproximadamente 10 µm x 10 µm) montadas en sustratos de polímeros flexibles que se adaptan a la morfología de la superficie cerebral. Cada sensor, en una configuración denominada de transistor, detecta pequeñísimos cambios de la actividad eléctrica a su alrededor. Así, la actividad eléctrica generada por las neuronas es detectada como un pequeño cambio en la conductividad del sensor de grafeno.

Estos dispositivos ya están siendo utilizados en el estudio del sueño y la epilepsia en modelos animales. El sensor de grafeno implantado en la superficie cerebral permite el registro simultáneo de la actividad eléctrica en diferentes regiones del córtex. Los resultados obtenidos serán muy importantes para el desarrollo de los implantes humanos.

La detección precoz de una crisis epiléptica sería posible en pacientes epilépticos que llevaran estos sensores. El dispositivo implantado en el córtex alertaría al paciente, por ejemplo, enviando una señal de alarma a un dispositivo móvil externo. Además, el dispositivo también podría alertar a un centro médico o ambulancia y reducir los efectos de la crisis iniciando una respuesta terapéutica. La tecnología de los sensores flexibles de grafeno puede ser utilizada en otras aplicaciones biomédicas en las cuales sea necesario obtener información relevante del córtex cerebral, como neuroprótesis para comunicación verbal o para controlar extremidades artificiales.

La tecnología desarrollada utilizando sensores flexibles de grafeno dará paso también a futuras interfaces cerebro-máquina. Este ambicioso objetivo posibilitará una comunicación más eficiente entre las personas y los sistemas electrónicos artificiales.

Sistema de bajo coste para imprimir biosensores y dispositivos electrónicos en sustratos flexibles

Algunos sistemas para diseñar dispositivos electrónicos requieren largos periodos de fabricación, costes elevados e instalaciones especializadas como una sala blanca. Además, estos métodos no son suficientemente versátiles ni efectivos para el diseño de dispositivos simples. El sistema de impresión presentado en el MWC 2016, patentado por investigadores del Grupo ICN2 de NanoBioelectrónica y Biosensores liderado por el  Profesor ICREA Arben Merkoçi, permite la transferencia del óxido de grafeno a prácticamente cualquier tipo de sustrato de una manera sencilla, rentable y personalizable. Esta técnica no requiere sala blanca ni disolventes orgánicos y resulta útil para la fabricación de biosensores.

El método consiste en tres pasos  muy sencillos: impresión, filtrado y presión. La impresión inicial con cera es una tecnología respetuosa con el medio ambiente, versátil y de bajo coste que se puede aplicar con resolución micrométrica para crear la imagen deseada. Las membranas impresas tienen estabilidad a largo plazo y se les puede dar cualquier forma. La tecnología también permite su integración en un sistema roll-to-roll, aumentando así la velocidad de impresión.

Los dispositivos pueden realizarse con cualquier derivado del grafeno, nanopartículas de oro, nanotubos de carbono o puntos cuánticos, y permiten incluir fácilmente cualquier receptor para futuras aplicaciones como biosensores. Dependiendo de los materiales utilizados y de su concentración,  los dispositivos impresos pueden ser transparentes, ofreciendo nuevas posibilidades para la bioelectrónica portátil y flexible. Usando esta tecnología el óxido de grafeno ha sido transferido a una amplia variedad de sustratos como tejidos, papel, film adhesivo y PET, entre otros.

 

 

Fuente: http://www.icn.cat/index.php/es/noticias/news/graphene-sensors-interacting-with-the-brain-and-a-method-for-low-cost-printing-of-graphene-based-devices-at-the-mobile-world-congress#.VvAn1NCRY6F  (Instituto catalán de nanociencia y nanotecnología)