Una pequeña pegatina que las personas pueden colocarse en una camisa detecta niveles dañinos de radiación solar
No era el resultado que los científicos querían.
"Cuando observamos que cambió de color a la luz, nos enfadamos mucho", dice Leila Deravi, profesora asistente de química y biología química en la Universidad de Northeastern. Eso significaba que la sustancia no era lo suficientemente estable para las aplicaciones que Deravi tenía en mente.
Pero la decepción duró poco, ya que Dan Wilson, científico investigador del Instituto de Investigación Kostas de Northeastern, se dio cuenta rápidamente de que el resultado podría convertirse en una funcionalidad en lugar de un error.
Wilson se basó en la reacción química no deseada para crear dispositivos del tamaño de una moneda de diez centavos que cambian de color cuando han sido expuestos a una cantidad dañina de radiación ultravioleta, ayudando a las personas a prevenir daños en la piel que causan cáncer. La invención es esencialmente una pequeña pegatina que las personas pueden colocar en una camisa, sombrero o traje de baño cuando salen a la calle.
"Todos sabemos más o menos que es malo demasiado sol en un día con un alto índice UV. Pero no sabemos necesariamente cómo se traduce eso en tiempo bajo el sol", dice Wilson. "Esto está destinado a proporcionar una indicación visual y cualitativa de cuándo puedes haber estado bajo el sol durante demasiado tiempo y deberías considerar pasar un tiempo a la sombra o volver a aplicarte tu protector solar".
Imagen: Dan Wilson, científico investigador del Instituto de Investigación Kostas de Northeastern en Burlington, construye un detector sensible a la luz ultravioleta en el laboratorio del Grupo de Diseño de Biomateriales en el campus de Boston. Crédito: Alyssa Stone/Universidad del Noreste
El desarrollo de este dispositivo no comenzó con humanos, sino con calamares.
En ese momento, Wilson era investigador asociado postdoctoral en el Grupo de Diseño de Biomateriales de Deravi. El equipo estudia cómo los cefalópodos, criaturas marinas con tentáculos como pulpos, calamares y sepias, se camuflan para mezclarse con su entorno. Con un enfoque particular en el calamar, los investigadores han identificado y aislado muchos mecanismos, pigmentos y reacciones químicas que permiten a los animales alterar su apariencia con facilidad.
Cuando ocurrió el tortuoso descubrimiento, Wilson estaba probando una sustancia crítica para la capacidad de cambio de color del calamar: un pigmento llamado xantomatina. La pequeña molécula le da a la piel del calamar su color visible.
El equipo de Deravi ya había descubierto que la xantomatina podía manipularse para cambiar de color, y esperaba que pudiera ser algo que pudiera integrarse en materiales para una variedad de aplicaciones, como ropa u otros productos de consumo. Pero para que eso sea posible, dice, la xantomatina debería ser estable y controlable en muchos entornos.
Entonces, cuando Wilson notó que la xantomatina cambiaba de color cuando se dejaba en la mesa de laboratorio con luz natural ambiental, Deravi se sintió inicialmente decepcionada.
Pero Wilson vio esta revelación como una oportunidad. Si la sustancia reacciona a la radiación ultravioleta que es la luz solar, entonces podría usarse como sensor exactamente para eso. Y tenía justo el método en mente.
En la escuela de posgrado, Wilson estudió microfluidos basados en papel. Aprovechó ese conocimiento para construir un sistema que tiñe pequeños trozos de papel con el pigmento de xantomatina y lo activa con solo presionar un botón.
El dispositivo portátil tiene aproximadamente el tamaño de la punta de uno de los dedos de Wilson. Está hecho de cinco delgadas capas de láminas de plástico cuidadosamente elaboradas y un trozo de papel redondo que ha sido tratado con el pigmento y secado. El sensor se activa cuando un usuario presiona el "botón", un pequeño depósito de líquido en el borde del dispositivo. Esa presión empuja el fluido a través de canales cortados en una capa intermedia de plástico para hidratar el papel tratado. Una vez mojado, reaccionará bajo la radiación ultravioleta, cambiando de un color amarillo/naranja a un rojo cuanto más haya estado expuesto.
El plástico en sí está hecho principalmente del mismo material que se usa para una lámina transparente para un retroproyector. Hay una capa base simple, luego la capa del canal, rematada con una capa para sellar todos los canales excepto por un pequeño orificio en el medio por el cual fluye el fluido. La cuarta capa es un espaciador, con un ancho orificio en el que Wilson coloca cuidadosamente el sensor de papel con unas largas y delgadas pinzas. La capa del sensor está rematada con una fina película de plástico que se suele utilizar en las paredes o el techo de un invernadero. Wilson seleccionó este material porque deja pasar la mayor cantidad posible de luz solar.
Wilson testó el dispositivo en muchas condiciones, y lo calibró para los niveles de UV que es probable que las personas experimenten en una variedad de condiciones naturales. "Creo que siempre te sorprende lo seguro que es un horario de sol", dice. "Realmente depende del clima, pero pueden ser minutos".
El protector solar, sin embargo, ayuda. Wilson trató de cubrir el sensor con protector solar y descubrió que el cambio de color ocurría mucho más lentamente. Los usuarios podrían poner protector solar en el dispositivo cuando lo aplican en su propia piel como una forma de hacer coincidir su aplicación con la alerta del sensor, dice.
Los investigadores esperan que las personas usen este dispositivo para controlar la exposición al sol, pero el sensor también podría usarse en otras situaciones en las que sea útil medir la exposición a la luz. Por ejemplo, la radiación ultravioleta se usa a menudo para esterilizar ambientes. Deravi dice que estas pegatinas podrían usarse para indicar cuándo una superficie ha estado expuesta a la radiación ultravioleta durante el tiempo suficiente para esterilizarse por completo.
Los hallazgos son descritos en un artículo publicado este mes en la revista ACS Sensors: Wearable Light Sensors Based on Unique Features of a Natural Biochrome
Imagen de cabecera: Un equipo de científicos del noreste está utilizando la química de la piel del calamar para crear un dispositivo portátil que detecta niveles dañinos de radiación UV. Crédito: Alyssa Stone/Universidad del Noreste
