Daniel García-González desarrolla un sistema que abre la puerta a la creación de ‘apósitos inteligentes’ para monitorizar lesiones
La investigación de Daniel García-González, apoyada por una Beca Leonardo 2024 en Ingenierías, fusiona la ingeniería con la biología para desarrollar materiales flexibles que sean capaces de integrarse en nuestro cuerpo. El objetivo de su proyecto es impulsar la creación – en sus propias palabras – de “una nueva generación de sensores flexibles que puedan adherirse a tejidos biológicos”, tanto para monitorizar su estado de salud como para repararlos si sufren alguna lesión o enfermedad. El profesor titular de Ingeniería en la Universidad Carlos III de Madrid precisamente acaba de publicar en la revista Nature Communications un avance significativo en este campo que abre la puerta al desarrollo de estos apósitos inteligentes.
24 febrero, 2025
La investigación liderada por García-González desde el Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras la Universidad Carlos III de Madrid, en colaboración con la Universidad de Oxford, el Imperial College de Londres y el centro de investigación BC Materials del País Vasco, ha desarrollado un innovador modelo computacional que permite predecir y mejorar el comportamiento de estructuras multifuncionales fabricadas mediante impresoras 3D. Este avance puede impulsar nuevas aplicaciones en sectores como la biomedicina, la robótica blanda y otras ramas de ingeniería.
“A día de hoy, los polímeros conductivos resultan muy prometedores por su capacidad para transmitir señales eléctricas al tiempo que proporcionan un soporte estructural”, explica García-González. “Pero el principal desafío en la fabricación de estos materiales es el control de su estructura interna, ya que la unión entre filamentos y la presencia de pequeñas cavidades afectan tanto a su resistencia mecánica como a su capacidad para transmitir señales eléctricas”.
Hasta ahora, estos factores se consideraban defectos inevitables del proceso de impresión 3D. Sin embargo, García-González y sus colaboradores han logrado controlar estas características mediante la integración de herramientas computacionales avanzadas y ensayos experimentales, lo que les ha permitido fabricar estructuras que tienen sensibilidad y son capaces de transformar señales mecánicas en señales eléctricas.
Este nuevo trabajo, respaldado por una amplia validación experimental, ofrece un enfoque fiable para socavar las diferencias que hay entre los diferentes comportamientos de los componentes conductivos y supone un gran paso adelante en el futuro diseño de materiales multifuncionales, según sus autores. Por ejemplo, en el campo de la ingeniería estas estructuras se podrían utilizar tanto para la fabricación de robots blandos como para el desarrollo de materiales y sensores inteligentes que podrían tener gran utilidad en la industria biomédica o en la monitorización de infraestructura.
Sensores capaces de integrarse en el corazón o los pulmones
Además, García-González resalta que con estos nuevos materiales también se podrían crear parches o apósitos inteligentes con importantes aplicaciones biomédicas. “Imagínate”, explica, “que tuvieras una lesión o herida en la pierna y pudieras ponerte un apósito inteligente que no solo recopilara información sobre su evolución y la enviara a tu teléfono móvil, sino que pudiera actuar para acelerar su cicatrización”. Ese es el escenario futurista con el que sueña este joven investigador. Esta misma tecnología, asegura, “incluso podría llegar a integrarse en órganos internos como el corazón o los pulmones, para realizar funciones tanto de monitorización como, en un futuro, de regeneración de tejidos dañados”.
García-González concibe su proyecto Leonardo como el primer paso clave para demostrar la “prueba de concepto” de esta tecnología, y en este sentido la investigación recién publicada en Nature Communications es un hito importante. En este trabajo, explica, “hemos sido capaces de comprender y describir, mediante modelos matemáticos, el acoplamiento entre los comportamientos mecánico, eléctrico y térmico en polímeros multifuncionales de mayor rigidez. En la segunda etapa de este proyecto vamos a extender estas herramientas de diseño y su implementación en materiales más blandos y flexibles que muestren este tipo de comportamiento”.
Esta investigación se fundamenta en los estudios previos que García-González realizó durante una estancia posdoctoral que realizó en Oxford, así como un proyecto apoyado por el Consejo Europea de Investigación (ERC) en la Universidad Carlos III, donde desarrolló “materiales inteligentes que interaccionan con distintos sistemas celulares”.
Hasta ahora, su trabajo se ha centrado en utilizar estos materiales para reproducir y analizar en el laboratorio lo que ocurre en el organismo cuando se producen distintas patologías, como un traumatismo cerebral, la progresión de un tumor o la cicatrización de una herida. “Este ha sido el caldo de cultivo para el proyecto Leonardo”, explica, “con el que quiero dar un giro hacia posibles aplicaciones biomédicas con estos materiales, cuyas propiedades se pueden controlar con campos magnéticos, y a los que ahora además queremos dotar de sensibilidad eléctrica”.
García está convencido de que a lo largo del año y medio que recibirá el apoyo de la Fundación BBVA, se podrán desarrollar los primeros prototipos de nuevos “sensores y actuadores” que serán capaces de adherirse a la superficie de la piel, e incluso a órganos internos, para interaccionar con tejidos y transmitir información sobre su funcionamiento. “De momento solo podremos limitarnos a experimentos in vitro y con modelos animales, pero esperamos sentar las bases para, a medio y largo plazo, lograr que esta tecnología se aplique a la monitorización de tejidos del cuerpo humano, e incluso pueda tener efectos reparadores en heridas y lesiones”.