Un equipo constituido por investigadores de dos startups y de la Universidad de Illinois está integrando todas las funciones de los caros bancos de pruebas de laboratorio sobre un pedazo de papel, sin añadir peso ni otros costes significativos a las pruebas. El grupo detrás de estas matrices flexibles de LEDs, detectores de luz, y transistores también está trabajando con empresas fabricantes de dispositivos médicos para incorporarlas en instrumentos quirúrgicos y monitores de cabecera para los hospitales.
"Para mucha gente, la única forma de recibir algún tipo de atención médica es si [un trabajador del sector médico] puede trasladarse a una zona rural caminando o en bicicleta cargando con todo el equipo médico que necesita", señala Una Ryan, directora general de Diagnostics For All, una empresa que está desarrollando pruebas de diagnóstico de papel de un sólo uso. El papel es barato, ligero y fácil de eliminar por incineración. La empresa ha grabado pedazos de papel del tamaño de una tarjeta postal con canales que dirigen la sangre y otros fluidos a un área tratada con productos químicos que cambian de color para indicar, por ejemplo, una alta concentración de enzimas hepáticas que revela que un paciente que sufre del SIDA está siendo tratado con un fármaco inadecuado. La simple reacción de cambio de color puede proporcionar información crítica que permita a los médicos saber si un paciente corre peligro. "No necesitamos agua ni electricidad", destaca Ryan.
Diagnostics For All comenzará el año que viene en Kenya los ensayos de campo de esta prueba de enzimas del hígado, que cuesta unos pocos centavos por prueba. Sin embargo, muchos pacientes se beneficiarían de una información más cuantitativa de la que se puede obtener con una prueba basada en el cambio de color. Ryan afirma que la empresa quiere proporcionar a los pacientes de VIH/SIDA y a sus proveedores de servicios médicos con información sobre las cargas virales, por ejemplo, sin necesidad de equipamiento adicional. Las pruebas que proporcionen información cuantitativa también prometen ser más sensibles, lo cual es crítico cuando, por ejemplo, se intenta diagnosticar si un recién nacido sufre el VIH/SIDA, ya que sólo pueden permitirse el lujo de tomar una gota de sangre en vez de un vial entero.
Recientemente, la empresa ha empezado una colaboración con MC10, una startup de electrónica en Cambridge, Massachusetts, y con investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, para integrar dispositivos electrónicos sofisticados como sensores de luz, transistores y microLEDs en la superficie de las pruebas de papel. Rooz Ghaffari, quien dirige el desarrollo del producto en MC10, explica que los LEDs de los dispositivos en desarrollo transmiten luz a través de la región del papel donde se encuentran los pozos de reacción; si los marcadores de ciertas enfermedades se encuentran presentes, la luz detectada en el otro lado por una serie de fotodetectores habrá cambiado de forma cuantificable. Esta información puede ser procesada por matrices de transistores integrados para producir una lectura que puede ser mostrada por otro conjunto de LEDs. MC10 y Diagnostics for All disponen de una subvención piloto de la Fundación Gates de 100.000 dólares para desarrollar un dispositivo desechable para controlar la carga viral en los pacientes de VIH/SIDA.
"Queremos integrar todos estos componentes en un pedazo de papel, pero tiene que ser de bajo coste, alto rendimiento, tan delgado que se puede doblar, y sin sacrificar la robustez de los dispositivos [de papel]," indica Ghaffari. Ryan de Diagnostics for All considera que el coste adicional de añadir estos dispositivos electrónicos no será significativo. Esto se debe a la electrónica flexible, que aunque funciona tan bien como su contrapartida rígida, utiliza muy poca cantidad de los materiales semiconductores que hacen la electrónica convencional tan cara. Las versiones flexibles se fabrican mediante una técnica de combinación de grabado y estampación química desarrollada por John Rogers, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales de la Universidad de Illinois. En lugar de construir un solo conjunto de dispositivos electrónicos en una oblea de semiconductor relativamente gruesa, como se hace en la industria del chip, Rogers utiliza el grabado para dar forma y liberar múltiples capas finas de la superficie de una oblea, lo que le permite producir muchos más transistores, células solares, u otros dispositivos partiendo de la misma cantidad de material. A continuación, una máquina de estampado de goma controlada robóticamente puede recoger cada dispositivo individualmente y colocarlo en un sustrato flexible, o incluso extensible, como papel, goma o tela.
En un artículo publicado en línea esta semana en la revista Nature Materials, Rogers describe el uso de dispositivos electrónicos flexibles para fabricar varios dispositivos prototipo, incluidos los fotodetector y las matrices de LEDs sobre papel que están siendo desarrollados por su laboratorio junto con MC10 y Diagnostics for All. "Hemos demostrado que la forma en que estamos usando los materiales en estos sistemas puede ofrecer una gran cantidad de nuevas posibilidades para la medicina", afirma Rogers.
Rogers también está trabajando con el proveedor de productos médicos Baxter en el desarrollo de tubos intravenosos que incorporen dispositivos electrónicos flexibles para controlar la dosis de un medicamento que se esté realmente administrando al paciente. Además, unos sensores químicos flexibles integrados en los tubos intravenosos podrían emitir una señal de advertencia en caso que una bolsa de fármaco o nutriente intravenoso estuviera mal etiquetada. En el artículo de Nature Materials, el laboratorio de Rogers ha desarrollado un dispositivo de demostración similar, un tubo intravenoso flexible que puede controlar el nivel de glucosa, que habitualmente se administra por vía intravenosa en los hospitales.
Ryan y Ghaffari afirman que el trabajo preliminar de las pruebas electrónicas de diagnóstico de papel avanza bien y que el grupo va a solicitar una beca de segunda fase de 1 millón dólares a la Fundación Gates para financiar su desarrollo y comercialización en los próximos meses. Un obstáculo restante para la liberación de estas pruebas en el campo es la alimentación de energía, pero sólo tienen que funcionar durante unos minutos y no requieren una pila entera. Ghaffari señala que la siguiente fase de la investigación se centrará en la incorporación de una batería desechable de película fina en las pruebas.