COMPAMED Innovationsforum 2023: Por qué la sensórica de alta tecnología en el cuidado de la salud es imprescindible

Plataforma internacional líder para el sector de proveedores de la industria de la tecnología médica - COMPAMED en Düsseldorf (© Constanze Tillmann) / The leading international platform for suppliers to the medical technology industry - COMPAMED in Düsseldorf (© Constanze Tillmann)

Aplicación de sensor para la monitorización continua de la temperatura corporal central de TCor (© Constanze Tillmann)

En todo el mundo aumentan los gastos en salud, en casi todas las naciones miembros de la OCDE incluso más rápido que su capacidad de rendimiento. Sin embargo, las tecnologías modernas pueden contribuir a frenar esta tendencia, garantizando al mismo tiempo la calidad de la atención y aliviando al personal (palabra clave: «escasez de profesionales cualificados»). Esto es especialmente cierto para los sensores, que en la tecnología médica desempeñan un papel cada vez más importante para hacer que los dispositivos médicos sean más potentes y seguros, así como para simplificar su manejo. Cómo lograrlo y cómo la tecnología de sensores de alta tecnología puede también contribuir a una prevención innovadora y a terapias personalizadas, fue informado en el Foro de Innovación COMPAMED 2023 el 12 de junio. El foro digital, organizado conjuntamente por la feria Düsseldorf y la asociación especializada IVAM para microtecnología, se realiza anualmente y, según el Dr. Thomas R. Dietrich, director general de IVAM, «es una plataforma para la investigación y el emprendimiento, para establecer asociaciones y promover innovaciones».

La importancia del tema de este año se ilustra solo con cifras: según la empresa de investigación de mercado Mordor Intelligence, en 2021 el mercado mundial de sensores médicos se estimó en 6,02 mil millones de dólares estadounidenses y se espera que alcance los 10,28 mil millones USD en 2027, lo que equivale a una tasa de crecimiento anual de casi el 10 por ciento en el período de 2022 a 2027. El desarrollo de nuevos dispositivos que garantizan análisis más rápidos, posibles ahorros de costos y facilidad de uso contribuyen significativamente a este crecimiento de los sensores médicos.

Las enfermedades crónicas como la diabetes, las enfermedades cardiovasculares y el asma pueden ser monitoreadas de manera efectiva mediante sensores modernos, de modo que las desviaciones puedan detectarse rápidamente y la terapia pueda ajustarse de manera específica. Expertos internacionales destacados mostraron en sus contribuciones en el Foro de Innovación COMPAMED ejemplos concretos de la integración de sensores modernos en ayudas médicas, dispositivos de diagnóstico o de tratamiento.

Los nodos de sensores multifuncionales deben reducir las infecciones nosocomiales

Los hospitales y centros de atención no solo son lugares de curación y mantenimiento de la salud, sino que también, en ocasiones, son fuente de enfermedades. Las infecciones adquiridas durante el tratamiento en centros de salud, llamadas infecciones nosocomiales, ocurren en todos los ámbitos de atención ambulatoria y hospitalaria. Según estimaciones del Centers for Disease Control (CDC), 1,7 millones de personas solo en hospitales estadounidenses se ven afectadas cada año por estas infecciones, responsables de casi 100.000 muertes relacionadas. En Europa, la situación no es mejor: el European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC) estimó en 2018 que el número total de infecciones nosocomiales en Europa era de 8,9 millones al año, de los cuales 4,5 millones en hospitales y 4,4 millones en centros de atención a largo plazo. Cada año mueren en los países de la UE más de 90.000 personas por las seis infecciones nosocomiales más frecuentes en el sector sanitario, incluyendo especialmente infecciones del tracto urinario (32 por ciento), infecciones en el sitio quirúrgico (22 por ciento), neumonías (15 por ciento) y infecciones del torrente sanguíneo (14 por ciento).

Por ello, la empresa griega ES Systems ha desarrollado un sistema de nodos sensores para su uso en centros médicos, que recopila datos en tiempo real y puede identificar potencialmente contaminaciones microbiológicas. El sistema se basa en nodos sensores, una pasarela y una nube. Los sensores están conectados mediante comunicación «LoRaWAN» («Long Range Wide Area Network») a la pasarela local, y la conexión a la nube se garantiza mediante un escaneo simple de código QR. La instalación es muy sencilla y, dependiendo de la tasa de datos, puede operar de forma autónoma hasta un año. Los nodos sensores miden parámetros ambientales como temperatura, presión, humedad y luminosidad, así como concentración de dióxido de carbono, compuestos orgánicos volátiles (VOC), partículas y presencia de personas. En una aplicación piloto en un hospital griego, se equiparon con estos nodos sensores tres salas de operaciones, tres recepciones, dos habitaciones de pacientes y una estación de enfermería. Gracias al análisis inteligente de los grandes volúmenes de datos, se pueden obtener buenas conclusiones sobre la situación de carga. Ya se lograron mejoras en algunos casos mediante el reemplazo de dispositivos de circulación de aire y filtros en las salas de operaciones: «Las partículas monitoreadas pudieron reducirse, disminuyendo así el riesgo de infección para los pacientes», informó en su contribución al foro Nikolas Valantassis, gerente de desarrollo comercial de ES Systems. La prueba piloto demuestra que el uso de sensores sofisticados podría mejorar el riesgo de infecciones nosocomiales.

Tecnología piezoeléctrica para sensores ultrasónicos

Desde hace casi 30 años, PI Ceramic trabaja con tecnología piezoeléctrica, que gracias a sus propiedades especiales aporta contribuciones especialmente importantes en la tecnología de sensores médicos. Entre las palabras clave están la precisión con una resolución hasta en el rango de picómetros, la dinámica con un tiempo de respuesta en microsegundos, la eficiencia energética, que también permite aplicaciones con baterías, la forma compacta con dimensiones en milímetros, así como su uso bidireccional como sensores y actuadores. Ya hoy en día, los componentes piezoeléctricos cumplen funciones importantes en la imagen diagnóstica, en dispositivos mínimamente invasivos (por ejemplo, seguimiento de la punta de aguja), como sensores de flujo (por ejemplo, para detectar burbujas de aire y velocidad), en la detección de niveles, como sensores de presión y en la monitorización del estado de los dispositivos, en microscopía o cambios de postura, entre otros, en aplicaciones portátiles.

En diversas situaciones, la monitorización automática de procesos médicos es vital. Con dispositivos de monitorización del paciente, se pueden verificar y evaluar continuamente los signos vitales para realizar un diagnóstico correcto y actuar de inmediato ante posibles anomalías. La monitorización sin contacto y suave es especialmente importante. Los sensores ultrasónicos basados en componentes piezoeléctricos, que pueden colocarse en las mangueras de los dispositivos de monitorización, son ideales para ello: las ondas ultrasónicas penetran desde el exterior en la manguera y permiten una monitorización sin contacto. Además, mediante estos sensores, también se pueden supervisar diferentes medios, por ejemplo, la circulación de gases en ventiladores, que puede medirse sin contacto y sin contaminación, o detectar burbujas peligrosas en mangueras como en bombas de corazón y pulmones artificiales o en máquinas de diálisis. En estos sensores ultrasónicos se integran componentes piezoeléctricos responsables de generar las ondas ultrasónicas. PI Ceramic fabrica estos elementos piezoeléctricos, adaptados específicamente a las necesidades de los clientes. «Contamos con diversas posibilidades de conformación, según el uso previsto», afirma Sandra Niederschuh, gerente de producto en PI Ceramic.

La nariz electrónica revolucionará el diagnóstico médico

Gracias a cámaras y micrófonos de alta tecnología, las máquinas ya pueden ver y oír. Pero los socios SmartNanotubes Technologies y duotec han asumido la tarea de digitalizar otro sentido: el del olfato. «Nuestra nariz electrónica es una tecnología realmente disruptiva que revolucionará muchas aplicaciones, desde la monitorización de procesos hasta el diagnóstico médico», afirma el Dr. Viktor Bezugly, CEO de Smart NanoTubes. En comparación con los sensores de gases tradicionales, los sensores Smart NanoTubes son altamente sensibles, eficientes en energía, compactos, ligeros y económicos. Su uso permite el reconocimiento de patrones complejos, como es típico en los olores. Varios sensores crean un «patrón olfativo», y un software autoaprendido compara estos patrones con una biblioteca y distingue así gases de olores. La base de datos en la nube crece continuamente, actualmente alimentada por más de 1.000 usuarios. «Nuestro objetivo es, por ejemplo, la detección temprana de incontinencia en solo cinco minutos, lo que puede generar ahorros en costos de hasta 100 euros por incidente debido a la reducción en la limpieza», explica Bezugly en su contribución al foro. El desarrollo ha avanzado tanto que la entrada en el mercado con los primeros productos podría ser posible en 2024.

Biosensores fotónicos para la detección del cáncer

En los últimos diez años, han surgido tecnologías de biosensores que permiten una detección sensible y cuantitativa de biomarcadores (moléculas indicadoras, por ejemplo, proteínas específicas o ADN) para enfermedades como el cáncer, las cardiovasculares y las infecciosas. La empresa holandesa Surfix trabaja en este campo con el biosensor fotónico. Esta tecnología de alta sensibilidad, rápida y sin marcadores ofrece la posibilidad de detectar múltiples biomarcadores simultáneamente. «Esta función, junto con bajos costos por unidad y la opción de escalar fácilmente la producción, revolucionará el mundo del diagnóstico médico, permitiendo diagnósticos en el punto de atención y el monitoreo del tratamiento de una variedad de enfermedades», destaca Hans Dijk, gerente de desarrollo comercial en Surfix. El biosensor fotónico de Surfix combina el biochip fotónico y la cartucho microfluídico con tecnologías inteligentes para la interfaz de fluidos y óptica en un proceso optimizado. Tanto el biochip fotónico como el cartucho microfluídico se benefician de recubrimientos nanométricos únicos que mejoran la sensibilidad del sensor y el flujo de la muestra, reduciendo la unión no deseada de biomoléculas. La lectura de la señal del biosensor fotónico se realiza con un lector de escritorio.

Los biochips fotónicos utilizan luz en lugar de electricidad para detectar la presencia de biomarcadores. La luz viaja a través de una estructura en espiral en el chip, comparable a una fibra óptica en miniatura. Las moléculas receptoras, aplicadas en la superficie del biochip fotónico, pueden capturar y unirse selectivamente a ciertos biomarcadores en una muestra, basándose en el reconocimiento biológico. La interacción entre las moléculas receptoras y los biomarcadores provoca un cambio en las propiedades de la luz, que se detecta y se traduce en un resultado diagnóstico útil, por ejemplo, información sobre la presencia o concentración de un biomarcador específico en la muestra. Surfix se centra en el desarrollo de diagnósticos para diferentes tipos de cáncer y en la detección de biomarcadores oncológicos en biopsias líquidas. «Potencialmente, cualquier biomolécula puede ser detectada con la plataforma de diagnóstico fotónico de Surfix», afirma Dijk.

Objetivo del proyecto APFEL: el apósito electrónico inteligente

La cicatrización de heridas sigue siendo un problema que aún no se comprende ni se resuelve completamente. En heridas agudas, la curación ocurre en pocos días o semanas, dependiendo del tamaño de la lesión. La propiedad de un gradiente eléctrico que induce la migración y polarización dirigida de las células en tejido regenerativo es el punto de partida para las terapias desarrolladas en el proyecto del BMBF «APFEL»: mediante un «apósito electrónico inteligente», se busca acelerar y mejorar la cicatrización de heridas. En colaboración con socios, el Instituto Fraunhofer para Sistemas Electrónicos Nanosistemas (ENAS) investiga en este proyecto procedimientos aditivos para la fabricación de sistemas electrónicos flexibles multicapa. Ya se ha creado un demostrador tecnológico de un apósito activo eléctricamente con electrodos impresos en sustratos flexibles. En un ensayo de rasgo celular, se introdujo una brecha en una masa celular y se comprobó el cierre acelerado de esa «herida». «Hemos adaptado procesos de serigrafía para la fabricación de capas multicapa conductoras e aislantes en sustratos flexibles», informó Valeri Fitz, investigador en el departamento de System Packaging en ENAS, en el foro COMPAMED. Además, se desarrollaron variantes de paso de corriente eléctrica para sustratos delgados y tecnologías de ensamblaje y conexión para la integración híbrida de componentes electrónicos tradicionales y la electrónica de control correspondiente para la prueba de los demostradores. Como resultado, se ha comprobado que la fabricación aditiva puede utilizarse para desarrollar parches médicos flexibles que sirvan tanto en terapias de heridas como en diagnósticos.

Diodos láser para medir el nivel de glucosa en sangre: económicos y sin dolor

Trumpf Photonic Components cuenta con más de 20 años de experiencia en diodos láser en miniatura, conocidos como «VCSEL», que significa «Vertical Cavity Surface Emitting Laser». Ya se utilizan en smartphones y relojes, en transmisión digital de datos y en conducción autónoma. Como líder mundial en VCSEL, Trumpf quiere ahora aliviar a los diabéticos en la medición de su nivel de glucosa en sangre. El objetivo es un sensor innovador, no invasivo y portátil, que sea económico y completamente indoloro, y que supervise el contenido de glucosa en sangre. El principio básico con componentes fotónicos de TRUMPF es una fuente de luz monocromática y polarizada, que presenta dispersión inelástica de la luz en el rango del infrarrojo cercano entre 785 y 1.066 nanómetros. «Mientras que las soluciones actuales utilizan láseres de neodimio-YAG con una longitud de onda de 1.060 nanómetros, vemos grandes ventajas en la espectroscopía Raman. A unos 800 nanómetros, su longitud de onda es ideal para medir la glucosa, ya que la fluorescencia perturbadora es baja, la dispersión es suficiente y la potencia del láser es moderada», explica la Dra. Cynthia Klett, gerente de producto en TRUMPF Photonic Components.

Según la Federación Internacional de Diabetes, ya hay aproximadamente 540 millones de personas en todo el mundo que viven con la enfermedad metabólica diabetes. Se espera que para 2030 la cifra aumente a 643 millones y para 2045 a 783 millones. Hasta ahora, la diabetes ha causado costos de salud globales de casi 966 mil millones de dólares. Los láseres VCSEL allanan el camino para un sensor de glucosa en la muñeca, que facilitará mucho la vida de los afectados.

Perspectiva impresionante sobre los temas de COMPAMED 2023

«Tecnología de sensores para la prevención y la terapia personalizada» fue el titular del foro de innovación COMPAMED de este año. Los ejemplos presentados en el evento brindaron un amplio «anticipo» del contenido de COMPAMED 2023 en Düsseldorf y mostraron de manera impresionante la amplitud de tecnologías y aplicaciones, que caracterizan desde hace años a la feria especializada COMPAMED.

«El valor de la sensórica para la tecnología médica es incalculable, ya que constituye la base para diagnósticos precisos, tratamientos efectivos y una mejor atención a los pacientes. El desarrollo futuro de la sensórica en la tecnología médica promete una gama cada vez mayor de aplicaciones, desde sensores implantables para monitorear enfermedades crónicas hasta wearables compactos y portátiles que puedan supervisar la salud de las personas de manera confiable y rentable de forma continua», resume el Dr. Thomas Dietrich, CEO de IVAM, en el resumen del foro de innovación COMPAMED 2023.

Quien desee comprobar la capacidad del sector de suministro de la industria de tecnología médica más allá del ámbito de la sensórica, puede acudir a COMPAMED 2023 (del 13 al 16 de noviembre) en los pabellones 8a y 8b de la feria de Düsseldorf. Aquí, más de 700 empresas expositoras presentarán una gran variedad de soluciones de alta tecnología y servicios en cinco mundos de experiencia: Manufacturing & Devices (componentes, piezas, procesos de fabricación), Services & Advice (investigación, desarrollo, servicios), Materials (plásticos, vidrio, cerámica, metales, materiales compuestos, adhesivos, envases), Micro Tech (microcomponentes, microfluídica) y IT in Tech (desarrollo y mantenimiento de software para tecnología médica).

COMPAMED 2023 se realiza, como en años anteriores, en paralelo con la feria internacional líder en medicina MEDICA 2023, que este año espera la participación de más de 5.000 empresas proveedoras de productos y tecnología médica.