Investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid han desarrollado un prototipo de mascarilla que lleva un sensor incorporado y que es capaz de distinguir diferentes estados de respiración. La información que recoge se transmite de forma remota y en tiempo real. Por su parte, científicos de la Universidad de Granada crearon hace casi un año un tipo de mascarilla que envía un mensaje al usuario a través de su ‘smartphone’ cuando, respirando con la protección facial, se superan los límites de CO2 recomendados para la salud
La gripe, la bronquitis o la covid-19 son ejemplos de numerosas enfermedades que tienen impacto en la respiración humana. Además, algunos espacios mantienen el uso obligatorio de la mascarilla, como centros médicos, hospitales, farmacias o trasporte público. En este contexto, un equipo de investigadores del área de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) ha diseñado una mascarilla inteligente de bajo coste capaz de monitorizar la respiración de forma remota.
Este prototipo lleva un sensor incorporado que puede colocarse en cualquier mascarilla convencional. «Se basa en una matriz polimérica de alta flexibilidad dopada con nanoestructuras de carbono, lo que le confiere un peso muy reducido y una alta sensibilidad a las pequeñas deformaciones», describe Alejandro Ureña, investigador de la URJC.
El sensor desarrollado es capaz de distinguir diferentes estados de respiración a través de las pequeñas deformaciones que experimenta el material porque está unido a la mascarilla.
«La detección de estas microdeformaciones es posible gracias a los cambios de conductividad eléctrica que experimenta la red de nanoestructuras de carbono que está integrada en la matriz polimérica del sensor», explica Ureña. Además, este sistema puede transmitir toda la información de forma remota y en tiempo real a ordenadores, teléfonos móviles o relojes inteligentes.
El prototipo desarrollado podría ayudar a combatir próximas potenciales pandemias y ser de gran utilidad para distintas aplicaciones en hospitales. Por ejemplo, los centros podrían concentrar a los pacientes o agilizar la teleasistencia domiciliaria. Su empleo también es útil para controlar la exposición de los trabajadores a condiciones extremas, puesto que los materiales utilizados son resistentes al fuego, el humo o la humedad.
Prototipo en proceso de patente
«Actualmente, la mascarilla se encuentra en proceso de patente y se está esperando a realizar los ensayos clínicos para su posterior comercialización«, señala Ureña. Para la realización de este sistema se ha contado con financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación a través del proyecto de investigación Materiales compuestos multifuncionales con capacidad de almacenamiento de energía y monitorización de salud estructural para vehículos eléctricos.
Este trabajo es parte de la tesis doctoral de Antonio del Bosque García, dirigida por los profesores del área de Ciencia e Ingeniería de Materiales María Sánchez y Alejandro Ureña. Además, en el diseño del sensor ha participado el profesor Xoan Xosé Fernández.
El desarrollo de este prototipo también ha contado con la colaboración de los investigadores de la UPM José Sánchez y David Patrizi, así como de los científicos del IMDEA Materiales De-Yi Wang y Xiang-Ao, que han conseguido la transmisión de la señal en tiempo real y de forma inalámbrica hasta en 20 kilómetros.
La Universidad de Granada, puntera en el terreno de las protecciones inteligentes
Científicos e ingenieros de la Universidad de Granada (UGR) desarrollaron y evaluaron en febrero de 2022 una mascarilla FFP2 inteligente, que avisa al usuario a través de su teléfono móvil cuando se superan los límites de dióxido de carbono (CO2) permitidos dentro de ella.
Este importante avance científico pone solución a un problema muy importante desde que comenzó la pandemia: el CO2 que reinhalamos dentro de nuestra mascarilla. Cuando utilizamos mascarillas tipo FFP2, se produce una concentración de CO2 entre la cara y la mascarilla superior al ambiental (~0,04%) debido al gas exhalado durante la respiración, cuya reinhalación provoca efectos adversos para la salud, incluso en personas sanas, como malestar, dolor de cabeza, fatiga, disnea, mareos, sudoración, aumento de la frecuencia cardiaca, debilidad muscular y somnolencia.
Además, se sabe que dichos efectos negativos están relacionados tanto con la duración de la exposición como con la concentración de gas en sí mismo. A modo de ejemplo, algunas normativas sanitarias recomiendan un valor máximo de 0,5% de CO2 en el ambiente laboral (promediado durante una jornada de ocho horas), o que se considere una exposición de 30 minutos al 4% de CO2 como muy perjudicial para la salud.
«Desde la declaración de pandemia mundial por la Organización Mundial de la Salud (OMS) debido a la propagación de la covid-19, el uso universal de mascarillas se ha recomendado o impuesto a la población en general, en un esfuerzo por prevenir la rápida propagación del SARS-CoV-2. Sin perjuicio de la evidencia generalizada a favor de las mascarillas para reducir la transmisión comunitaria, también existe un amplio acuerdo sobre los posibles efectos adversos causados por su uso prolongado, principalmente como consecuencia del aumento de la resistencia respiratoria y la reinhalación del CO2 situado en esa región interior de la mascarilla», señalan los autores de esta investigación.
La mascarilla FFP2 inteligente diseñada en la UGR permite determinar en tiempo real, mediante un teléfono móvil, el dióxido de carbono reinhalado. Este método supone un avance significativo como sistema vestible caracterizado por su bajo coste, escalabilidad, fiabilidad y confort para la monitorización de magnitudes de interés para la salud.
Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, ha sido realizado por el equipo de investigación multidisciplinar ECsens entre los departamentos de Química Analítica y Electrónica y Tecnología de los Computadores de la UGR, que han desarrollado un sistema de detección portátil en tiempo real y sin batería para la medida del CO2 gaseoso en dicho volumen interior de la mascarilla.
Sensores para medir parámetros de interés
Si bien las mascarillas estándar simplemente actúan como filtros de aire para las vías nasal y/o bucal, la integración de sensores para medir parámetros de interés se considera un valor añadido para mejorar su uso y efectividad, creando un nuevo paradigma de mascarillas inteligentes.
«El sistema que proponemos consiste en la inclusión, dentro de una mascarilla FFP2 estándar, de una etiqueta flexible compuesta por un sensor de CO2 optoquímico novedoso de desarrollo propio junto a toda la electrónica de procesamiento de la señal. Ambos se han impreso en un sustrato polimérico ligero y flexible, conformando lo que se denomina una etiqueta sensora, sin originar ningún malestar para el usuario», destacan los autores. La etiqueta fabricada no usa baterías, porque se alimenta de forma inalámbrica con el enlace de comunicación NFC (el que se usa para el pago inalámbrico, por ejemplo) de un teléfono inteligente mediante una aplicación de Android. Dicha app también se utiliza para el procesamiento de datos, la gestión de alertas y la visualización y el intercambio de resultados.
Los científicos de la UGR han realizado pruebas preliminares de esta mascarilla inteligente con sujetos, tanto con actividad sedentaria como durante la realización de ejercicio físico. «Nuestros resultados, que están en línea con ensayos clínicos previos, proporcionan valores de CO2 entre el 2% durante actividades sedentaria hasta valores máximos de casi un 5% durante ejercicio físico de alta intensidad. Estos valores son significativamente mayores al rango de 0,04% – 0,1% de CO2 que se tienen en atmósfera abierta o ambientes típicos de trabajo considerados saludables. Si bien las pruebas realizadas no constituyen un ensayo clínico formal, su propósito es dar una idea del potencial del sistema desarrollado en el campo de los sensores vestibles para el control no invasivo de la salud», señalan los autores.
Los científicos destacan que esta mascarilla es 100% respetuosa con el medio ambiente, ya que no usa baterías e implementa la alimentación de manera inalámbrica mediante el teléfono móvil estándar.
Todas estas características refuerzan las aplicaciones del dispositivo de bajo coste propuesto en los campos de la monitorización de la salud no invasiva, la investigación preclínica, el pronóstico y el diagnóstico con dispositivos electrónicos portátiles, pudiendo extenderse su uso mediante la inclusión de otros sensores para monitorizar otras magnitudes de interés.
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