Los tatuajes electrónicos pueden convertirse en una de las tecnologías más prometedoras para la medicina personalizada, la monitorización de pacientes o la electrónica flexible. Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha dado un paso decisivo al desarrollar un método económico, escalable y adaptable para fabricar dispositivos electrónicos ultrafinos capaces de adherirse a prácticamente cualquier superficie utilizando la misma tecnología que emplean las calcomanías o tatuajes temporales.
La investigación, realizada por científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y publicada en la revista ACS Nano, abre la puerta a producir sensores electrónicos capaces de integrarse en piel, textiles, tejidos biológicos, plantas o superficies rugosas, facilitando aplicaciones que hasta ahora eran difíciles de fabricar a gran escala.
Una nueva generación de dispositivos conformables
Los llamados dispositivos conformables deben adaptarse a superficies blandas, curvas y sometidas a deformaciones constantes sin perder sus prestaciones eléctricas.
«Tienen que adaptarse perfectamente a superficies blandas, curvas y dinámicamente deformables, manteniendo un rendimiento eléctrico fiable«, explica Andrés Castellanos-Gómez, investigador del CSIC en el ICMM y líder del proyecto en España.
La fabricación de este tipo de dispositivos sigue siendo uno de los grandes desafíos de la electrónica flexible, especialmente cuando se utilizan materiales bidimensionales.
«Si bien los semiconductores bidimensionales (de dos dimensiones) son materiales prometedores para este tipo de aplicaciones, su integración en sistemas electrónicos conformables sigue siendo compleja», añade Yigit Sozen, investigador del CSIC en el ICMM y uno de los autores principales del estudio.
El gran reto: fabricar electrónica flexible a gran escala
Hasta ahora, la mayoría de los prototipos de electrónica conformable basada en semiconductores 2D solo podían producirse mediante procesos de laboratorio difíciles de escalar industrialmente.
«De hecho, uno de los principales obstáculos tiene que ver con la falta de estrategias de fabricación escalables que ofrezcan simultáneamente alta calidad electrónica, bajo coste y procesabilidad a gran escala», señala Sozen.
Para superar esta limitación, los investigadores han recurrido a una solución sorprendentemente sencilla: la tecnología de los tatuajes temporales.
Cómo funcionan estos tatuajes electrónicos
Castellanos-Gómez explica que los papeles comerciales utilizados para transferir calcomanías al agua se han convertido en «sustratos atractivos para la electrónica conformable«, ya que permiten trasladar películas ultrafinas sobre superficies curvas y rugosas como la piel, el vidrio, los plásticos o los tejidos.
A partir de esta idea, el equipo ha combinado estos soportes con una tecnología propia de exfoliación mecánica de alto rendimiento tipo roll-to-roll, ya patentada por los investigadores, para producir películas de materiales de van der Waals formadas por láminas semiconductoras bidimensionales interconectadas.
Una vez obtenidas, estas películas se integran directamente sobre los papeles comerciales de calcomanías, lo que permite fabricar fotodetectores, termistores y transistores ultrafinos que pueden transferirse fácilmente a superficies rugosas y curvas como la piel, el cuero sintético o incluso las hojas de las plantas.
«Al combinar la producción escalable de materiales semiconductores de van der Waals con estrategias sencillas de transferencia ultradaptable, este trabajo extiende la electrónica basada en tatuajes más allá de los sistemas orgánicos y establece una plataforma práctica para dispositivos portátiles y con interfaz biológica de alto rendimiento», afirma Sozen.
Por qué la exfoliación mecánica supone un avance
El estudio demuestra que la combinación de la exfoliación mecánica roll-to-roll del disulfuro de molibdeno (MoS₂) con papel comercial para calcomanías ofrece una vía más barata, sencilla y escalable para fabricar dispositivos electrónicos conformables.
Los investigadores destacan que otras tecnologías presentan limitaciones importantes. La exfoliación en fase líquida deja restos de disolventes, ofrece una conectividad limitada entre las láminas y genera películas menos uniformes, «lo que a menudo compromete el rendimiento electrónico«. Por su parte, la deposición mediante evaporación química (CVD) requiere infraestructuras muy costosas y procesos de transferencia especialmente complejos.
Frente a estas alternativas, la tecnología desarrollada por el ICMM-CSIC genera películas secas, interconectadas y fácilmente transferibles, simplificando notablemente la fabricación de dispositivos electrónicos ultrafinos.
Aplicaciones para la salud, la industria y la electrónica portátil
La nueva plataforma tecnológica podría acelerar el desarrollo de sensores portátiles, sistemas de monitorización de la salud, dispositivos biomédicos, electrónica integrada en ropa inteligente o sensores capaces de funcionar sobre materiales flexibles y superficies irregulares.
«Al aprovechar esta plataforma de materiales junto con estrategias de transferencia sencillas basadas en calcomanías, fabricamos dispositivos ultraconformables que funcionan de manera fiable en superficies rugosas y flexibles. Los fotodetectores, termistores y transistores resultantes, basados en calcomanías, exhiben alta responsividad, elevados coeficientes de temperatura de resistencia y funcionamiento de transistor de alta movilidad y bajo voltaje», concluye Castellanos-Gómez.
