El doctor Rubén Ramos García, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), en trabajo conjunto con un equipo de colegas y estudiantes, desarrolló el prototipo de un dispositivo con tecnología láser, que permitiría inyectar líquidos en pacientes sin causarles dolor alguno, porque no requiere aguja.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Rubén Ramos García explicó que este proyecto consiste, en términos simples, en generar chorros líquidos de altas velocidades por láser mediante un proceso llamado termocavitación y dirigirlos hacia la piel para perforarla.
“Estamos interesados en este proyecto porque los desechos médicos, sobre todo agujas, representan un serio problema de salud pública. Los casos de piquetes accidentales de trabajadores de salud los exponen a múltiples enfermedades como hepatitis, VIH, entre otras”, explicó el doctor Ramos García.
De acuerdo con las cifras disponibles generadas por la Secretaría de Salud, tan solo en la primera Semana Nacional de Vacunación de 2015 se aplicaron en el país cerca de 10 millones de dosis de una sola vacuna. En el caso del dispositivo sin aguja, su costo es más elevado que una jeringa; sin embargo, es menor al gasto erogado por 10 millones de agujas, además de que no genera desechos peligrosos y no hay contacto con la piel.
“La idea es producir un dispositivo que pueda reemplazar las inyecciones intramusculares, con la ventaja de que no habría contacto físico entre el dispositivo y el paciente y, por lo tanto, no existiría el riesgo de contaminación ni tampoco dolor, ya que el tamaño del chorro reduce el riesgo de afectar nervios”.
¿Cómo funciona?
Sobre su funcionamiento, el doctor Ramos García explicó que el prototipo contempla el diseño de un dispositivo microfluídico que se divide en dos partes: uno es la cámara donde se produce una burbuja, y la otra es el canal, por donde sale expulsado el líquido o medicamento.
Dr. Rubén Ramos García.
«La clave para generar los chorros de alta velocidad consiste en calentar el agua muy rápido sin que llegue a hervir. La temperatura límite para calentar el líquido es de aproximadamente 300 grados Celsius. Al llegar a esta temperatura, el líquido sufre una transición de fase explosiva, es decir, cambia de líquido a vapor, generando una burbuja que se expande y colapsa en tan solo 300 microsegundos. La expansión de la burbuja desplaza el líquido empujándolo a través del canal. El diseño del canal permite aumentar la velocidad del líquido hasta unos 100 metros por segundo, una velocidad suficientemente rápida como para poder romper la piel», detalla el doctor Ramos García.
Hasta ahora, el prototipo ha sido probado en maniquíes que simulan la piel humana. El chorro ha penetrado hasta dos milímetros dentro del tejido cutáneo, pero si se aumenta la velocidad del chorro, explica el doctor Ramos García, se puede incrementar la longitud de penetración.
“Las pruebas se han hecho con un solo disparo con un chorro de 100 micras por dos milímetros aproximadamente”.
Su vida útil
El tiempo de vida útil de este dispositivo está determinado por la duración del láser, con un tiempo de utilidad promedio de 20 mil horas de uso continuo, es decir, 2.2 años de uso reiterado, que se pueden traducir en cinco a seis años de vida útil.
Sobre su costo, el doctor Ramos García, quien además dirige el Laboratorio de Biofotónica en el INAOE, aclaró que al tratarse de un prototipo su precio es elevado, alrededor de dos mil dólares, siendo el láser la componente de mayor costo; sin embargo, el especialista advirtió que si se fabrica a gran escala, los precios bajarían considerablemente. Asimismo, se planea un versión del prototipo con un láser de fibra —del grosor de un cabello— para obtener un modelo más compacto, eficiente y económico.
Cuatro mil disparos por segundo
Para este año, el grupo de investigadores liderados por el doctor Ramos García esperan realizar pruebas de este dispositivo en ratas y piel de cerdo, ya que las inyecciones han demostrado su eficacia solo en maniquíes con piel que tiene propiedades mecánicas semejantes a la del ser humano.
«Nos falta también estudiar cómo la viscosidad del líquido afecta la velocidad y penetración del chorro. Si el líquido es muy viscoso, la velocidad con que va a salir el chorro es menor por la fricción con las paredes. Hay sistemas comerciales de agujas que usan aire a presión o resortes, pero el problema es que solo producen un disparo a la vez. Con nuestro sistema podemos producir hasta cuatro mil disparos por segundo”.
En cuanto a la distancia entre el dispositivo y la piel del paciente para aplicar la inyección sin aguja, esta puede ser de solo unos cuantos milímetros ya que al momento del impacto del chorro en la piel no se producen salpicaduras.
Las dosis que se pueden entregar con el prototipo son de 600 microlitros por disparo; sin embargo, puede producir hasta cuatro mil disparos en un segundo.
“Aún tenemos que evaluar aspectos prácticos como la profundidad de penetración. Tenemos que trabajar en un diseño para separar térmicamente el líquido donde se produce la cavitación con la sustancia activa. Sin duda que todavía hay retos por delante antes de producir un dispositivo operacional en campo, pero ese es nuestro reto”.
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