Por: Juan Carlos Romero Cabello *, Luis Ernesto Elizalde Herrera **, Odilia Pérez Camacho**
*Estudiante de doctorado en Tecnología de Polímeros en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), coordinacion.posgrado@ciqa.edu.mx
**Investigadores del Departamento de Química Macromolecular del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), odilia.perez@ciqa.edu.mx y luis.elizalde@ciqa.edu.mx.
La medicina personalizada, el monitoreo en tiempo real y la ropa inteligente son promesas tecnológicas cada vez más cercanas.
Para hacerlas realidad, se necesitan sensores que puedan doblarse, estirarse y adaptarse al cuerpo humano sin perder precisión ni funcionalidad.
Sin embargo, la mayoría de los sensores actuales están fabricados con materiales rígidos como silicio, cobre o metales delgados que no toleran bien el movimiento.
Esto limita su uso en superficies dinámicas como la piel, las articulaciones y textiles, donde los dispositivos necesitan verdadera flexibilidad.
Para superar esta limitante, científicos y científicas en el área están desarrollando sensores flexibles basados en materiales compuestos.
Una de las estrategias más prometedoras es el uso de nanocompuestos formados por polímeros y materiales basados en distintas formas de carbono, como el grafeno, los nanotubos de carbono, las nanofibras de carbono o el negro de humo.
Estos materiales combinan la flexibilidad y elasticidad de los polímeros con la conductividad eléctrica de los materiales de carbono, permitiendo obtener sensores que funcionen incluso cuando se doblan o estiran.
El grafeno, en particular, destaca por su resistencia mecánica a la flexión, su ligereza y su excelente conductividad eléctrica. Su estructura consiste en una lámina de carbono de un solo átomo de grosor que forma una red hexagonal.
Cuando el grafeno se dispersa adecuadamente en un material polimérico, el resultado es un nanocompuesto conductor que responde a estímulos físicos mediante un fenómeno conocido como piezorresistividad.
Es decir, el material cambia su resistencia eléctrica al estirarse o comprimirse.
En otras palabras, estos materiales, aplicados como sensores, pueden convertir la presión, el estiramiento o la flexión en señales eléctricas medibles y confiables.
Los nanocompuestos poliméricos con grafeno pueden incorporarse en prótesis que responden al movimiento muscular, en fajas que monitorean la respiración durante el ejercicio o en rodilleras inteligentes que detectan el nivel de esfuerzo.
Gracias a su capacidad para adaptarse a superficies irregulares, su bajo costo de fabricación y su compatibilidad con tecnologías como la manufactura aditiva (impresión 3D), estos materiales resultan ser ideales para aplicaciones en salud personalizada, alto rendimiento deportivo, rehabilitación y dispositivos corporales inteligentes.
En el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), ubicado en Saltillo, Coahuila México, se encuentran desarrollando arduamente este tipo de materiales.
Se estudian diferentes metodologías para lograr dispersiones homogéneas de grafeno dentro de polímeros flexibles, así como estrategias de procesamiento que permitan conservar su sensibilidad eléctrica incluso después de muchos ciclos de uso.
Estos esfuerzos posicionan al CIQA como una institución referente en el diseño de sensores inteligentes y materiales funcionales que nacen en el laboratorio con la clara intención de integrarse algún día en la vida cotidiana.
Para saber más:
Gao, L., Zhu, C., Li, L., Zhang, C., Liu, J., Yu, H.-D., & Huang, W. (2019). All Paper-Based Flexible and Wearable Piezoresistive Pressure Sensor. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(28), 25034–25042. https://doi.org/10.1021/acsami.9b07465
Hu, K., Kulkarni, D. D., Choi, I., & Tsukruk, V. V. (2014). Graphene-polymer nanocomposites for structural and functional applications. Progress in Polymer Science, 39(11), 1934–1972. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2014.03.001