Tiritas que usan la humedad para hacer de pilas: el invento que mejorará los dispositivos para analizar pacientes

Ciertos campos de la medicina también han propuesto simplificar dichos tratamientos y conseguir que su implementación sea lo más sencilla posible. Así surge un problema inesperado: el de integrar toda la tecnología necesaria en dispositivos no preparados para ello. Expertos lo han intentado con una solución que aprovecha la humedad del ambiente usando un sistema fabricado enteramente en papel.

Un equipo de la Universidad de Binghamton se ha propuesto diseñar tiritas de quita y pon electrónicas para facilitar el reciclaje de todos estos elementos llamados a poblar la medicina del futuro. En un artículo publicado recientemente en la revista Small han presentado este dispositivo capaz de extraer humedad del aire y convertir esa agua en electricidad con una hoja de papel. 

UNSW Omicrono

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Seokheun "Sean" Choi , el profesor adjunto Anwar Elhadad , PhD '24, y el estudiante de doctorado Yang "Lexi" Gao son los responsables de este invento, el cual se suma a otro proyecto anterior en el que el papel también era la clave para crear circuitos eléctricos fáciles de quemar. 

Desechos médicos

Hace años que la humedad se ha convertido en una interesante fuente de energía renovable. El desarrollo de esta tecnología camina de la mano con la búsqueda de equipos más confortables para el enfermo; pasar de un dispositivo voluminoso y pesado a una segunda piel que informe al médico de las constantes del paciente o que proporcione medicación mientras este hace su vida normal son algunos objetivos. El sudor de la piel, además del nivel de humedad del aire aseguran el funcionamiento de tratamientos portátiles y constantes. 

No obstante, todos estos pequeños dispositivos una vez se acaba su trabajo, si no pueden reutilizarse en otro paciente, pasarán a formar parte de una pirámide de desechos difícilmente reciclable; una nueva amenaza ambiental. Este es el objetivo que lleva impulsando a los investigadores en diversos proyectos de esta índole.

Circuito impreso en papel quemándose ACS Applied Materials & Interfaces 2022 Omicrono

Parte de este equipo es también responsable de presentar en 2022 la impresión de un circuito eléctrico en una hoja flexible. Imprimían sobre el papel tratado tintas conductoras y semiconductoras. Después, el equipo serigrafió componentes metálicos conductores adicionales y arrojó un electrolito a base de gel sobre la lámina. La meta, también entonces, fue crear un equipo fácil de destruir; tenía que poderse quemar hasta quedar calcinado, de la misma forma que muestran en este nuevo invento. 

"En el futuro, los dispositivos electrónicos portátiles utilizarán técnicas de recolección de energía, pero por ahora, las técnicas son muy irregulares en el tiempo, aleatorias en la ubicación y se convierten de manera ineficiente", dijo Choi. Al revés de la luz solar que no siempre está presente, la humedad del aire es más constante. Este equipo considera que el generador eléctrico húmedo es revolucionario para sensores de bajo consumo, administración de fármacos o estimulación eléctrica.

¿Cómo funciona?

El generador utiliza esporas bacterianas como el "grupo funcional". Este descompone las moléculas de agua en iones positivos y negativos. Los grupos funcionales de la superficie se vuelven estacionarios y quedan cargados negativamente, mientras que los iones de protones positivos se liberan en el agua líquida, volviéndose móviles.

Prueba de energía generada con humedad del aire Universidad de Binghamton Omicrono

Los capilares del papel absorben las esporas, lo que crea un gradiente con más iones positivos en la parte superior frente a la inferior. Esa descompensación a su vez se traduce en una carga eléctrica. La absorción de humedad se ha mejorado añadiendo una capa de papel Janus que es hidrófoba por un lado e hidrófila por el otro. Así se atraen las moléculas de agua y se dentro del dispositivo hasta que se procesan.

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El agua se condensa en el lado hidrofóbico del papel y las gotas recogidas se transportan en una dirección al generador eléctrico húmedo que se encuentra debajo. La investigación continúa con la búsqueda de la papertronics de Choi: fabricar dispositivos totalmente de papel que sean flexibles, ponibles, escalables y desechables de una manera que no dañe el medio ambiente. 

Resultados

Tras el diseño, se realizó una evaluación cuantitativa del potencial con una temperatura a 20 °C y niveles de humedad relativa (HR) del aire de 88,6% y 18,9%. Cuando la biopelícula de esporas se preparó a 37 °C, el dispositivo produjo de manera sostenible y confiable 0,45 V durante más de 2.000 minutos. A medida que la temperatura se disminuye a 20 y 0 °C, el voltaje se redujo significativamente a 0,37 y 0,15 V, respectivamente.

Parche de papel capaz de generar energía con la humedad Universidad de Binghamton Omicrono

"Al reducir el tamaño de cada unidad individual y conectar más celdas en un espacio reducido, podemos mejorar la densidad de potencia significativamente. Además, como usamos papel, podemos probar muchas otras ideas, incluidas las técnicas de origami", explican.

Además de ofrecer una mayor flexibilidad, la propuesta de este equipo sirve para crear equipos de quita y pon. Sistemas que una vez utilizados se puedan tirar a la basura sin contribuir a la peligrosa montaña de residuos electrónicos que se está acumulando en esta era moderna.