Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 9 (3): e470. Julio-Septiembre, 2026. https://doi.org/10.37636/recit.v9n3e470
1 ISSN: 2594-1925
Artículo de revisión
Hidrogeles para fantomas de tejido blando: De los métodos sol-gel a las fronteras
híbridas en impresión 3D y electrohilado
Hydrogels for soft-tissue phantoms: From Sol-Gel Methods to Hybrid Frontiers in 3D Printing and
Electrospinning
Eduardo Martínez-Ramírez1, David Gasca-Figueroa2, Abisaí Jaime Reséndiz-Barrón3, Rosa María Quispe-
Siccha4, Gerardo Gutiérrez-Juárez5, Francisco Javier García-Rodríguez2*
1Doctorado en Ciencias en Ingeniería Electrónica, Tecnológico Nacional de México / Instituto Tecnológico de Celaya. Av. Antonio
García Cubas 600, Celaya, Guanajuato 38010, México.
2Tecnológico Nacional de México / Instituto Tecnológico de Celaya. Av. Antonio García Cubas 600, Celaya, Guanajuato
38010, México.
3Tecnológico Nacional de México / Instituto Tecnológico de Querétaro. Av. Tecnológico s/n, Col. Centro, Santiago de Querétaro 76000,
México
4 Unidad de Investigación y Desarrollo Tecnológico (UIDT), Hospital General de México “Dr. Eduardo Liceaga”, Dr. Balmis 148,
06720, Cuauhtémoc, Doctores, Ciudad de México, México.
5División de Ciencias e Ingeniería, Universidad de Guanajuato Campus León. A.P. E-143, León, Guanajuato CP 37150, México.
Autor de correspondencia: Francisco Javier García-Rodríguez, Tecnológico Nacional de México / Instituto Tecnológico de Celaya. Av. Antonio
García Cubas 600, Celaya, Guanajuato 38010, México. Correo electrónico: francisco.garcia@itcelaya.edu.mx. ORCID: 0000-0001-5342-9052.
Recibido: 15 de abril del 2026 Aceptado: 28 de agosto del 2026 Publicado: 18 de septiembre del 2026
Resumen. – Los avances recientes en la preparación de hidrogeles han impulsado el diseño de fantomas biomédicos capaces de simular tejidos blandos y facilitar el
estudio de propiedades biológicas, en particular la densidad aparente y efectiva. Estos avances permiten la calibración de equipos de imagenología, la validación de
dispositivos médicos y el entrenamiento de personal clínico. La presente revisión bibliográfica de alcance, basada en el análisis sistemático de la literatura publicada entre
2020 y 2026 en las bases de datos Scopus, Web of Science, PubMed y Google Scholar, identifica y compara tres métodos de fabricación de fantomas ampliamente utilizados
por su versatilidad operacional: métodos químicos de reticulación basados en procesos sol-gel, técnicas de impresión 3D y procesos de electrohilado. Cada método presenta
ventajas específicas. Los métodos químicos destacan por su sencillez y estabilidad; la impresión 3D aporta control geométrico y reproducibilidad, posibilitando la creación
de arquitecturas complejas que influyen directamente en la densidad volumétrica; mientras que el electrohilado permite crear micro y nanoestructuras fibrosas que imitan
la matriz extracelular y ofrece un control preciso de la densidad a través del diámetro, la orientación y la fracción de vacíos entre las fibras. La evidencia disponible indica
que la convergencia de los métodos de impresión 3D y electrohilado en enfoques híbridos representa una frontera tecnológica prometedora para superar las limitaciones
individuales de cada técnica, lo que permite la fabricación de fantomas con fidelidad anatómica a escala macroscópica y mimetismo estructural a escala nanométrica. Los
hidrogeles constituyen uno de los materiales más ampliamente utilizados en la fabricación de fantomas debido a su reproducibilidad, su simplicidad y su capacidad de
incorporar partículas que mejoran la simulación de tejidos biológicos. Polímeros naturales como el quitosano, el alginato y el alcohol polivinílico permiten ajustar la
densidad mediante la concentración polimérica, el grado de reticulación y la incorporación de agentes de relleno. La medición de la densidad en los hidrogeles es esencial
para evaluar su interacción con fluidos biológicos y optimizar su rendimiento en aplicaciones como la terapia celular. Se examinan los materiales empleados, las
propiedades ajustables, los métodos de caracterización y las aplicaciones clínicas de estos sistemas. Técnicas no invasivas, como la bioimpedancia eléctrica, la tomografía
por ultrasonido y el ultrasonido inducido por láser, emplean hidrogeles para calibrar densidades tisulares, lo que mejora la calidad de las imágenes y amplía sus
aplicaciones clínicas. En conjunto, estos avances consolidan a los hidrogeles como herramientas clave para el desarrollo de fantomas biomédicos más realistas y para su
futura aplicación clínica. Como principal contribución, el trabajo propone un marco comparativo que orienta la selección de la tecnología según la aplicación biomédica,
destacando la convergencia de la impresión 3D y el electrohilado como un enfoque híbrido prometedor. Adicionalmente, se identifican los principales desafíos en materia
de estandarización, resolución multiescala y multifuncionalidad, y se delinean las perspectivas futuras en el desarrollo de materiales inteligentes y estrategias de fabricación
híbrida.
Palabras clave: Hidrogeles; Fantomas tisulares; Sol-gel; Impresión 3D; Electrohilado; Ingeniería de tejidos; Materiales biomiméticos.
Abstract. – Recent advances in hydrogel preparation have driven the design of biomedical phantoms capable of simulating soft tissues and facilitating the study of
biological properties, particularly apparent and effective density. These advances enable the calibration of imaging equipment, the validation of medical devices, and the
training of clinical personnel. This scoping review, based on a systematic analysis of the literature published between 2020 and 2026 in Scopus, Web of Science, PubMed,
and Google Scholar, identifies and compares three phantom fabrication methods widely used due to their operational versatility: chemical crosslinking methods based on
sol-gel processes, 3D printing techniques, and electrospinning processes. Each method has specific advantages. Chemical methods stand out for their simplicity and stability;
3D printing provides geometric control and reproducibility, enabling the creation of complex architectures that directly influence volumetric density; while electrospinning
allows the creation of fibrous micro- and nanostructures that mimic the extracellular matrix, offering precise density control through fiber diameter, orientation, and void
fraction. Current evidence suggests that hybrid approaches combining 3D printing and electrospinning constitute a promising technological frontier, as they overcome the
limitations of each individual technique and allow the fabrication of phantoms that integrate macroscopic anatomical fidelity with nanoscale structural mimicry. Hydrogels
constitute the most widely used material in phantom fabrication due to their reproducibility, simplicity, and ability to incorporate particles that enhance the simulation of
biological tissues. Natural polymers such as chitosan, alginate, and polyvinyl alcohol allow density adjustment through polymer concentration, degree of crosslinking, and
the incorporation of filler agents. Density measurement in hydrogels is essential to evaluate their interaction with biological fluids and optimize their performance in
applications such as cell therapy. The materials used, tunable properties, characterization methods, and clinical applications of these systems are examined. Noninvasive
techniques such as electrical bioimpedance, ultrasound tomography, and laser induced ultrasound employ hydrogels to calibrate tissue densities, thereby improving image
quality and expanding their clinical applications. Together, these advances consolidate hydrogels as key tools for the development of more realistic biomedical phantoms
and for their future clinical application. As its main contribution, the work proposes a comparative framework that guides the selection of technology according to the
biomedical application, highlighting the convergence of 3D printing and electrospinning as a promising hybrid approach. Additionally, the main challenges in terms of
standardization, multiscale resolution, and multifunctionality are identified, and future perspectives are outlined for the development of smart materials and hybrid
manufacturing strategies.
Keywords: Hydrogels; Tissue phantoms; Sol-Gel; 3D printing; Electrospinning; Tissue engineering; Biomimetic materials.
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1. Introducción
La historia de los geles y los sistemas coloidales se remonta al siglo IV d.C., con la fabricación de la copa
del Rey Licurgo, cuyo cristal contenía una dispersión coloidal de oro y plata. En 1389 se documentó por
primera vez la licuefacción de la sangre de San Genaro, un fenómeno atribuido a un gel tixotrópico.
Durante los siglos XVII y XVIII, figuras como Antonii Francisci (1615), Andreas Cassius (1665) y Carl
Wilhelm Scheele (1774) sentaron las bases de la química coloidal mediante el estudio del oro coloidal, la
púrpura de Cassius y las soluciones coloidales de dióxido de manganeso. En 1841, Lipowitz reportó la
formación de una masa gelatinosa a partir de ácido úrico y carbonato de litio, siendo este último
considerado el precursor de los hidrogeles. Desde los sistemas coloidales antiguos de oro y plata, los
hidrogeles han evolucionado hasta convertirse en materiales inteligentes y sostenibles con aplicaciones en
nanomedicina, nanotecnología y bioingeniería, especialmente en la fabricación de fantomas que replican
tejidos humanos.
Esta evolución histórica sienta las bases para comprender el salto tecnológico que ha experimentado el
campo en las últimas décadas: los hidrogeles han transitado desde métodos convencionales basados en
procesos sol-gel hacia tecnologías de fabricación avanzada como la impresión 3D y el electrohilado, que
ofrecen niveles sin precedentes de control estructural y funcional. Su aplicación abarca desde la
calibración de sistemas de imagenología médica (ultrasonido, tomografía de coherencia óptica,
fotoacústica) hasta la validación de algoritmos diagnósticos, el desarrollo de dispositivos terapéuticos y el
entrenamiento de personal clínico en procedimientos intervencionistas [1-3].
Tradicionalmente, la fabricación de estos fantomas se ha basado en procesos sol-gel empleando hidrogeles
como la gelatina, la agarosa y el alcohol polivinílico (PVA). Estos materiales permiten ajustar propiedades
ópticas, acústicas y mecánicas mediante la incorporación de aditivos [4,5]. Sin embargo, estos métodos
presentan limitaciones en cuanto a la complejidad geométrica, la estabilidad a largo plazo y su capacidad
para replicar la arquitectura multiescala de los tejidos nativos.
En los últimos años, la incorporación de tecnologías de fabricación avanzada ha transformado el campo.
La impresión 3D ha permitido la obtención de modelos con fidelidad anatómica sin precedentes, mientras
que el electrohilado ofrece la capacidad única de mimetizar la estructura nanofibrosa de la matriz
extracelular (ECM) [6,7]. La convergencia de ambas tecnologías mediante enfoques híbridos constituye
una dirección emergente con gran potencial.
A pesar del creciente número de publicaciones sobre hidrogeles y fantomas biomédicos, la literatura
existente presenta una fragmentación significativa que limita su aplicabilidad práctica. Por un lado, los
estudios centrados en métodos sol-gel suelen enfatizar las propiedades físico-químicas de los hidrogeles
y su capacidad para ajustar parámetros acústicos y mecánicos, pero raramente abordan las limitaciones
geométricas y de reproducibilidad que imponen estos métodos en contextos clínicos [4,5]. Por otro lado,
la literatura sobre impresión 3D de fantomas se ha concentrado casi exclusivamente en la fidelidad
anatómica y la personalización de modelos, con escasa atención a la microestructura del material y su
influencia en propiedades como la difusión de contraste o la respuesta celular [9,11]. De manera similar,
los trabajos sobre electrohilado se han enfocado predominantemente en la ingeniería de tejidos y la
regeneración celular, sin explorar sistemáticamente su integración en fantomas para aplicaciones de
imagenología o entrenamiento clínico [6,13].
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Lo anterior ha dado lugar a tres carencias fundamentales que la presente revisión busca subsanar. En
primer lugar, no existe un marco comparativo unificado que permita evaluar las tres tecnologías en
función de requisitos clínicos y experimentales específicos (e.g., resolución espacial, estabilidad temporal,
facilidad de fabricación y costo). Esta ausencia de criterios objetivos dificulta la selección tecnológica por
parte de investigadores y clínicos, que a menudo deben recurrir a ensayos empíricos costosos y
prolongados. En segundo lugar, las propiedades multifuncionales, i.e., la capacidad de un mismo fantoma
para simular simultáneamente propiedades mecánicas, acústicas, eléctricas y óptica, ha recibido un
tratamiento disperso y no sistemático en la literatura, con escasos trabajos que integren estas dimensiones
en un único modelo [3, 5] . Finalmente, la convergencia entre impresión 3D y electrohilado, reconocida
como una frontera tecnológica prometedora [7,17], ha sido descrita principalmente en términos
conceptuales o en estudios de prueba de concepto, sin que exista una evaluación crítica de los desafíos
prácticos, las estrategias de integración y las aplicaciones clínicas específicas que esta hibridación podría
habilitar.
Estas lagunas son especialmente relevantes en el contexto actual de la medicina personalizada y la
validación regulatoria de dispositivos médicos, donde la demanda de modelos estandarizados,
reproducibles y clínicamente relevantes está creciendo exponencialmente. La ausencia de un marco
integrador no solo limita el avance científico, sino que también retrasa la transferencia de estas tecnologías
a la práctica clínica, al no existir criterios consensuados para la validación y certificación de fantomas
como sustitutos tisulares en ensayos preclínicos y en la formación de personal sanitario. Por estas razones
en la presente revisión, se propone proporcionar un análisis exhaustivo que integre y compare de manera
crítica las tres tecnologías, identificando sinergias, limitaciones y vías de desarrollo, con el objetivo de
establecer las bases para una selección tecnológica informada y para el diseño de la próxima generación
de fantomas multifuncionales, desde los métodos convencionales basados en sol-gel hasta las técnicas
avanzadas de impresión 3D y electrohilado, evaluando sus fundamentos, materiales, aplicaciones y
perspectivas futuras, con el fin de establecer un marco comparativo que guíe la selección de la tecnología
más adecuada según la aplicación biomédica específica.
La estructura del presente trabajo es la siguiente: tras esta introducción, la Sección 2 presenta la historia
y desarrollo de los hidrogeles. La Sección 3 describe la metodología de revisión empleada. La Sección 4
examina la evolución de los hidrogeles en el siglo XXI y las tendencias futuras. La Sección 5 constituye
el núcleo del trabajo, analizando en detalle los métodos de fabricación de fantomas. La Sección 6 aborda
la integración de hidrogeles en fantomas, mientras que la Sección 7 presenta un análisis comparativo de
tecnologías. La Sección 8 revisa las aplicaciones clínicas y preclínicas, y discute los desafíos actuales y
las tendencias emergentes. Finalmente, la Sección 9 discute los hallazgos y culmina con las conclusiones.
2. Historia y Desarrollo de los Hidrogeles
El término "hidrogel" no se conocía antes del siglo XIX. Numerosos autores coinciden erróneamente en
considerar los trabajos del científico neerlandés Jakob Maarten van Bemmelen como la fuente donde
aparece por primera vez el término "hidrogel". En ambos trabajos de Van Bemmelen se menciona la
palabra "hidrogel". Sin embargo, es necesario aclarar que tal término se usó para referirse a un sistema
distinto, dispersiones de un óxido metálico en agua que mostraban un comportamiento gelatinoso, del que
se aplica hoy en día: redes tridimensionales poliméricas entrecruzadas que pueden absorber grandes
cantidades de agua manteniendo su forma.
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Puede afirmarse, con un grado razonable de certeza, que el término fue utilizado por este reconocido
científico debido a la influencia de la descripción de los sistemas coloidales realizada por el científico
escocés Thomas Graham en 1861, como se infiere de la alusión directa que hace Van Bemmelen a los
"hidrogeles von Graham". Es notable que Van Bemmelen lograra discutir, en esa época, la presencia de
"hidrogeles" de un tipo de agua, que llamó agua de absorción o de imbibición, distinta a la que existe en
los hidratos de dichos óxidos. Además, estableció que la cantidad de esta agua de absorción depende "de
la presión de vapor del medio (i.e., la concentración de la fase gaseosa), la temperatura y los cambios
que transforman el cuerpo coloidal poco a poco durante el secado o bajo agua".
En su trabajo pionero sobre los coloides, Graham dividió las sustancias en cristaloides y coloides. Señaló
que estos últimos pueden ser ejemplificados por la gelatina animal, aunque incluyendo también entre ellos
"el ácido silícico hidratado y un número de peróxidos metálicos hidratados solubles, de los cuales poco
se conoce hasta ahora; también almidón, gomas vegetales y dextrina, caramelo, taninos, albumina y
extractos vegetales y animales".
La evolución de los hidrogeles puede dividirse en varias etapas históricas:
Etapas iniciales: Se parte de las dispersiones coloidales descritas por Graham en el siglo XIX y se
llega hasta los primeros usos del término "hidrogel" introducido por Van Bemmelen.
Siglo XX: Se consolidan avances clave como la preparación del polímero PHEMA en 1936, su
aplicación en lentes de contacto hacia 1960 y la aparición de hidrogeles responsivos en 1949.
Siglo XXI: Surgen los hidrogeles inteligentes y multi-responsivos, capaces de reaccionar a
estímulos como pH, temperatura, glucosa, toxinas o células específicas.
Tendencias actuales: Apuntan hacia hidrogeles nanoestructurados, supramoleculares, basados en
ADN y potenciados por química clic, con aplicaciones de frontera en nanorobótica y medicina
regenerativa.
3. Metodología de revisión
En la realización de esta revisión bibliográfica, se empleó una estrategia de búsqueda sistemática en las
bases de datos Scopus, Web of Science, PubMed y Google Scholar. La búsqueda se limitó al periodo
comprendido entre enero de 2020 y junio de 2026, con el fin de capturar los avances más recientes en el
campo, complementada con referencias históricas fundamentales. Las palabras clave utilizadas,
combinadas con operadores booleanos, fueron: "hydrogel" AND "tissue phantom" OR "soft tissue
phantom" AND ("sol-gel" OR "3D printing" OR "electrospinning") AND "biomedical applications". Se
establecieron los siguientes criterios de inclusión: (a) artículos publicados en revistas indexadas con
sistema de revisión por pares; (b) trabajos que abordaran la fabricación de fantomas de tejido blando
mediante hidrogeles; (c) estudios que presentaran datos sobre propiedades mecánicas, acústicas, eléctricas
u ópticas de los hidrogeles. Como criterios de exclusión se consideraron: (a) publicaciones no relacionadas
directamente con aplicaciones biomédicas; (b) estudios centrados exclusivamente en hidrogeles sin
aplicación en fantomas; (c) artículos sin datos experimentales o de caracterización. Tras la aplicación de
estos criterios, se seleccionaron y analizaron un total de 68 documentos, priorizando aquellos con mayor
impacto y relevancia para los objetivos de la revisión.
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3.1 Análisis Bibliométrico
Se realizó un análisis bibliométrico complementario para contextualizar el crecimiento y la estructura de
la investigación en el campo de los hidrogeles para fantomas de tejido blando. Este análisis permite
identificar tendencias temporales, la distribución geográfica de la producción científica y la colaboración
entre instituciones.
Metodología del Análisis Bibliométrico. La búsqueda bibliográfica se realizó en la base de datos Scopus,
utilizando una estrategia de búsqueda similar a la descrita en la Sección 3, pero con un enfoque en
indicadores bibliométricos. La consulta combinó términos relacionados con hidrogeles, fantomas tisulares
y las tres tecnologías de fabricación (sol-gel, impresión 3D y electrohilado), limitada al período 2010-
2026. Los datos obtenidos se procesaron y analizaron utilizando herramientas como Microsoft Excel para
la gestión de datos y la generación de gráficos de tendencia.
Tendencia de Publicaciones y Tipos de Documentos. El análisis revela un crecimiento exponencial en el
número de publicaciones relacionadas con hidrogeles para aplicaciones biomédicas y de imagen en la
última década. Se observa un incremento particularmente notable a partir del año 2020, coincidiendo con
los avances en tecnologías de fabricación aditiva y la creciente demanda de modelos biomédicos realistas
para la validación de dispositivos y el entrenamiento clínico. Este patrón de crecimiento acelerado es
consistente con lo reportado en otras áreas afines, como la impresión 3D de hidrogeles asistida por
inteligencia artificial. En cuanto al tipo de documentos, los artículos originales constituyen la mayor
proporción de la producción científica (aproximadamente el 49%), seguidos de cerca por los artículos de
revisión (aproximadamente el 37%). La alta proporción de revisiones subraya la naturaleza dinámica y en
rápida evolución del campo, donde la síntesis del conocimiento es tan crucial como la generación de
nuevos datos experimentales. Otras categorías, como capítulos de libro y documentos de conferencia,
representan una fracción menor, pero indican la existencia de foros especializados para la difusión de
avances emergentes.
Distribución Geográfica e Institucional. La investigación en este ámbito presenta una clara concentración
geográfica. China y Estados Unidos emergen como los países con mayor producción científica, liderando
significativamente en número de publicaciones. Otros países con una contribución relevante incluyen
India, el Reino Unido y Australia, lo que refleja un ecosistema de investigación global, pero con polos de
actividad muy definidos. A nivel institucional, las universidades y centros de investigación chinos e indios
dominan la producción, mientras que las instituciones estadounidenses y europeas también mantienen una
presencia destacada, a menudo liderando en términos de impacto y citas. Este patrón sugiere una fuerte
inversión en investigación y desarrollo en biomateriales y biofabricación en estas regiones.
Análisis de Áreas Temáticas. La producción científica se distribuye en múltiples disciplinas, confirmando
la naturaleza interdisciplinaria del campo. Las áreas temáticas más prominentes son Ciencia de los
Materiales e Ingeniería, que en conjunto concentran más del 40% de las publicaciones. Le siguen áreas
como Bioquímica, Genética y Biología Molecular, así como Ingeniería Química, Medicina y Ciencia de
Polímeros.
Este mapa temático refleja que el desarrollo de hidrogeles para fantomas no es únicamente un problema
de ingeniería de materiales, sino que está intrínsecamente ligado a la comprensión de sistemas biológicos
y a la medicina traslacional. La presencia de áreas como Nanociencia y Nanotecnología (12.9%) y Ciencia
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de Polímeros (12.3%) confirma la importancia de la manipulación a nanoescala y el diseño de materiales
a medida para lograr el mimetismo tisular deseado. Esta distribución de áreas temáticas corrobora la
necesidad de un enfoque integrador como el propuesto en la presente revisión, que abarca desde la química
de los materiales (sol-gel) hasta las técnicas de microfabricación (electrohilado e impresión 3D). Aunque
existen otras tecnologías de fabricación de hidrogeles, como el bioprinting, la estereolitografía (SLA), el
procesamiento digital de luz (DLP), la impresión por inyección de tinta, la microfluídica o el freeze
casting, la presente revisión se centra en tres plataformas representativas: los métodos químicos de
reticulación tipo sol-gel, la impresión 3D y el electrohilado. Esta selección responde a que dichas
tecnologías constituyen los enfoques más consolidados y ampliamente empleados para la fabricación de
fantomas de tejido blando, además de representar tres niveles complementarios de control estructural:
molecular (sol-gel), macroscópico (impresión 3D) y micro/nanoscópico (electrohilado). Varias de las
tecnologías mencionadas corresponden a variantes específicas de la fabricación aditiva o presentan una
aplicación aún limitada en fantomas biomédicos, por lo que exceden el alcance de la presente revisión.
4. Los hidrogeles en el siglo XXI y tendencias futuras
El desarrollo de los hidrogeles responsivos despertó un gran interés para su aplicación en la atención de
problemas prácticos, especialmente en las áreas relacionadas con la medicina, donde se observó una
tendencia hacia la fabricación de hidrogeles capaces de responder a situaciones cambiantes, como el pH,
la temperatura o concentraciones de sustancias específicas (e.g., la glucosa). Adicionalmente, estos
materiales se comenzaron a investigar en áreas tan diversas como en la industria alimentaria, medio
ambiente, minería y petróleo, etc. Asimismo, el desarrollo de estos materiales ha cobrado cada vez mayor
relevancia para el avance de nuevas tecnologías, con resultados fructíferos que no han cesado desde sus
inicios. Estos materiales han impulsado la ciencia y la tecnología en el presente y seguirán siendo clave
en biotecnología, nanotecnología y bionanotecnología. Otro aspecto que ha favorecido el avance de estos
materiales se relaciona con el desarrollo de los denominados hidrogeles multiresponsivos o hidrogeles
responsivos a múltiples estímulos, debido a la posibilidad de atención simultánea de diferentes tareas que
pueden acometerse con ellos.
Entre las tendencias que se observan, en el ahora extenso campo de los hidrogeles, el cual ha sido
notoriamente amplificado por las numerosas iniciativas que se realizan para producir materiales cada vez
más inteligentes —debiendo incluirse en su inteligencia el ser amigables con el medio ambiente—, se
pueden mencionar las siguientes:
La preparación de hidrogeles, naturales o híbridos, que contengan proteínas con un
comportamiento bien definido frente a situaciones específicas, obtenidas mediante ingeniería
genética.
El uso de hidrogeles nanoestructurados que contienen estructuras reticuladas tridimensionales del
orden de los nanómetros para mejorar el crecimiento celular, e.g., aplicaciones para ingeniería de
tejidos.
Los estudios de aplicaciones con hidrogeles obtenidos por ensamblaje supramolecular, debido a
las dos principales ventajas de estos materiales: su inyectabilidad y su autoreparación, ambas
fundamentadas en una asociación física espontánea de los materiales usados en su preparación,
generan un alto interés en aplicaciones científicas e industriales.
Algunos avances recientes en el manejo del ADN en la preparación de materiales cada vez más
inteligentes, —a los cuales en el caso de los hidrogeles, quizás deberían llamárseles “hidrogeles
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hiperinteligentes” para diferenciarlos de los ahora tradicionales “hidrogeles inteligentes”— han
llevado al desarrollo de nuevas metodologías para el uso de estos materiales, como el ADN-
origami y el ADN reconfigurable, que han incentivado el desarrollo de los llamados nanorobots (o
nanobots), nanomáquinas, nanomotores, etc.
El desarrollo de la química clic, tópico al que recayó el premio Nobel en Química del año 2022,
abre novedosas rutas para aplicaciones de los hidrogeles en varias direcciones. Puede, por ejemplo,
mejorar el diseño de materiales precursores que gelifiquen in situ, luego de su introducción
mediante inyecciones en el sitio deseado, especialmente si dichos hidrogeles son bioinspirados y
se forman rápidamente. Similarmente, podría ayudar al desarrollo de geles encapsulados en
células. Otro uso interesante de los hidrogeles, aprovechando la química clic, es la creación de
microambientes tridimensionales con control independiente sobre las propiedades del hidrogel,
como la rigidez, la arquitectura y la distribución espacial de factores biológicos, lo cual permite
orientar finamente algunas respuestas celulares que pueden ser muy útiles en ingeniería de tejidos
y en medicina regenerativa.
En conjunto, estos resultados muestran que las potencialidades de los hidrogeles se amplían cada día más,
con lo cual, la continuidad del avance que han tenido a lo largo de la historia parece garantizada,
especialmente porque los logros obtenidos con cada hidrogel novedoso que se desarrolla, permiten el
avance de otras áreas que, luego redunda en nuevos avances, lo que puede considerarse un círculo virtuoso.
5. Métodos de Fabricación de Fantomas
La fabricación de fantomas de tejido blando (modelos físicos que imitan las propiedades de los tejidos
biológicos humanos), se ha consolidado como una herramienta indispensable en investigación biomédica,
formación médica y desarrollo tecnológico. A diferencia de los estudios en animales o cadáveres, ofrecen
una plataforma estandarizada, ética y reproducible para la calibración de equipos de imagen, la validación
de sensores, la simulación quirúrgica y la formación de profesionales sanitarios [18, 19]. Estos sistemas
son esenciales para calibrar equipos de imagen, validar sensores y entrenar en procedimientos quirúrgicos,
con ventajas clave frente a modelos animales o cadavéricos: repetibilidad, estabilidad y ausencia de
problemas éticos [20, 21]. Un fantoma de tejido blando debe reproducir fielmente las propiedades
específicas del tejido que pretende imitar. Los parámetros fundamentales a considerar se presentan en la
tabla 1.
Tabla 1. Parámetros fundamentales de los fantomas de tejido blando.
PROPIEDAD
TEJIDO REAL
FANTOMA
TÍPICO
IMPORTANCIA CLÍNICA
REF
VELOCIDAD
DEL SONIDO
(US)
~1540
1528–1538
Permite cálculos precisos de profundidad y
enfoque del haz ultrasónico
[20, 41, 64]
IMPEDANCIA
ACÚSTICA
1.4–1.7 
1.4–1.7 
Asegura una interfaz adecuada entre el
transductor y el tejido
[3, 64]
MÓDULO DE
YOUNG
1  (cerebro)–200 
(músculo/cartílago)
5–200 
(ajustable)
Simula la rigidez tisular para elastografía y
procedimientos guiados
[3, 20, 41]
COEFICIENTE
DE
ATENUACIÓN
(US)
0.5–1.0   
0.5–0.7
  
Afecta la penetración y calidad de la imagen
[3, 20, 41]
TIEMPOS DE
RELAJACIÓN
(MRI)
T1: 500–1500 , T2:
40–200 
Ajustables con
dopantes
Esencial para el contraste en resina
[42, 65, 66]
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La tabla 1 muestra que los fantomas logran reproducir con alta fidelidad parámetros críticos de los tejidos
blandos. La velocidad del sonido y la impedancia acústica se encuentran prácticamente idénticas a las del
tejido real, lo que asegura precisión en ultrasonido. El módulo de Young, al ser ajustable, permite simular
distintos órganos y patologías. La atenuación y los tiempos de relajación en MRI confirman la versatilidad
de los hidrogeles dopados para aplicaciones multimodales. En conjunto, estos valores validan la utilidad
clínica de los fantomas como sustitutos estandarizados.
La selección del material adecuado es el paso más crítico en la fabricación de fantomas. En una revisión
sistemática que analizó 234 estudios sobre materiales para fantomas de ultrasonido, se concluyó que,
el alcohol polivinílico (PVA) es el material que mejor se adapta a la mayoría de los tejidos humanos para
aplicaciones de imagen por ultrasonido. Para aplicaciones específicas como la elastografía mamaria, los
materiales mejor evaluados son el plastisol de cloruro de polivinilo (PVC), la silicona y la parafina. La
tabla 2 evidencia que los hidrogeles son los materiales más versátiles para fantomas blandos, aunque
presentan problemas de estabilidad. Las siliconas destacan en simulación táctil y durabilidad, lo que las
hace ideales para entrenamiento quirúrgico. Los termoplásticos son útiles en impresión 3D, pero requieren
estrategias de diseño para imitar tejidos blandos. Finalmente, los materiales biológicos ofrecen la máxima
similitud, pero su uso está limitado por degradación y ética. Este análisis confirma que la elección del
material depende directamente de la aplicación clínica o experimental. La tabla 2 sintetiza los principios,
materiales, métodos y aplicaciones actuales en este campo.
Tabla 2. Principios, materiales, métodos y aplicaciones actuales de fantomas.
Material
Limitaciones
Aplicaciones Típicas
Hidrogeles (PVA,
agar, gelatina,
poliacrilamida)
Estabilidad limitada en el
tiempo (especialmente en
gelatinas). Pueden degradarse
o deshidratarse.
Ultrasonido, elastografía,
resonancia magnética (MRI),
entrenamiento para biopsias y
procedimientos guiados por
imagen [18, 20].
Siliconas y
elastómeros
(PDMS, Ecoflex)
Requieren aditivos para
igualar propiedades eléctricas
o acústicas. Su hidrofobicidad
puede ser una limitación.
Simulación quirúrgica de alta
fidelidad, modelos para
interacción aguja-tejido,
entrenamiento laparoscópico y
tomografía computarizada (CT)
[19].
Materiales
Biológicos (tejido
animal, vegetales)
Degradación rápida,
problemas éticos y de
estandarización.
Investigación preclínica donde la
máxima similitud biológica es
crítica [21].
Polímeros
Termoplásticos
(ABS, PLA, TPU)
Materiales rígidos, requieren
diseño cuidadoso para
simular tejidos blandos (ej.
mediante patrones de relleno).
Fantomas para simulación ósea
(ABS), modelos anatómicos para
planificación quirúrgica y
dosimetría en radioterapia [27].
5.1 Sol-Gel: Métodos químicos de reticulación
La reticulación sol-gel [22-31] es el mecanismo químico que convierte una suspensión coloidal líquida
(sol) en una red sólida tridimensional (gel). En el contexto de los fantomas tisulares, este proceso es
fundamental porque permite formar estructuras hidratadas, mecánicamente ajustables y acústicamente
similares a los tejidos vivos, que son elementos esenciales para entrenar médicos, validar equipos de
imagen y planificar cirugías [4]. El sol inicial suele ser una disolución acuosa de un polímero natural o
sintético. La reticulación se activa mediante un estímulo físico (cambio de temperatura, radiación) o
químico (variación de pH, adición de iones, agentes entrecruzantes), lo que genera enlaces covalentes o
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interacciones supramoleculares entre las cadenas poliméricas. El resultado es un hidrogel que contiene
más del 90 % de agua y cuyas propiedades mecánicas se pueden ajustar para imitar órganos tan diversos
como el hígado, el corazón, el riñón o el cerebro (ver fig. 1).
Figura 1. Proceso para la formación de hidrogeles por sol-gel.
Cada método de preparación aprovecha una química diferente para estabilizar la estructura del fantoma.
La elección depende del tejido a simular, de la técnica de imagen empleada y de si se requiere impresión
3D o encapsulación celular. En el sol-gel inorgánico clásico, típico de los materiales híbridos
orgánico-inorgánicos, el proceso se basa en la hidrólisis de alcóxidos metálicos (e.g., TEOS –
tetraetilortosilicato) seguida de condensación para formar enlaces Si–O–Si o Si–O–C [22, 23]. En los
fantomas tisulares, se emplea para reforzar geles de gelatina, colágeno o PEG mediante la formación de
nanodominios de silsesquioxano.
El proceso es suave y compatible con moléculas biológicas frágiles, por lo que permite encapsular
fármacos o incluso células vivas sin perder su viabilidad [32]. En la polimerización inducida por luz, se
añaden grupos metacrilato o acrilato a un polímero (e.g., PVA-MA – poli (vinil alcohol) metacrilato,
GelMA – gelatina metacriloilada). La exposición a luz UV con un fotoiniciador genera rápidamente una
red covalente. Esta técnica sustenta la impresión 3D de fantomas personalizados, capaces de reproducir
estructuras complejas derivadas de tomografías de pacientes [33]. La Química click (cicloadición
azida-alquino, tiol-eno), activa reacciones extremadamente selectivas y rápidas, y no generan
subproductos tóxicos. En fantomas, se utilizan para entrecruzar polímeros funcionalizados con grupos
azida y alquino en condiciones fisiológicas. La principal ventaja es que se puede controlar el grado de
reticulación con gran precisión, ajustando la rigidez del gel al valor deseado y permitiendo la inyección
directa del precursor en el cuerpo, donde gelifica in situ [34].
En la reticulación enzimática, se emplean enzimas como la transglutaminasa microbiana (mTG) o la
peroxidasa de rábano picante (HRP) para catalizar la formación de enlaces entre residuos de lisina y
glutamina (en gelatina, colágeno) o entre fenoles (en polímeros modificados con tirosina). La gelificación
es suave y se produce a temperatura corporal, por lo que es ideal para encapsular células vivas y fabricar
fantomas biológicamente activos, como los utilizados en estudios de cicatrización y regeneración [35, 36].
La criogelación (reticulación física por congelación-descongelación). Aunque no es química en sentido
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estricto, la criogelación se menciona aquí porque produce un entrecruzamiento puramente físico
(microcristales de PVA) que es estable y se comporta como una red covalente. Mediante ciclos repetidos
de congelación (-20 °C) y descongelación, se consiguen geles de PVA con propiedades mecánicas y de
relajación magnética muy similares a las de los tejidos blandos. Estos fantomas son especialmente
populares en resonancia magnética nuclear (RMN), ultrasonido y estudios de ablación térmica [37]. En la
reticulación iónica (para polisacáridos), polímeros como el alginato, la gellan gum o el carragenano
forman geles al añadir iones divalentes (Ca²⁺, Mg²⁺). Las interacciones electrostáticas crean zonas de
entrecruzamiento que se disocian fácilmente con agentes quelantes.
Esta reversibilidad se aprovecha para generar moldes de sacrificio: se imprime una estructura de gel
iónico, se vierte un segundo gel permanente y luego se elimina el primero con EDTA o tampón, dejando
canales vasculares precisos [38]. Reticulación con agentes aldehídos (glutaraldehído, genipina): El
glutaraldehído (GA) y la genipina son moléculas bifuncionales que reaccionan con grupos amino de las
proteínas (gelatina, colágeno, quitosano) formando enlaces covalentes. El GA es muy eficaz, pero puede
ser citotóxico; la genipina, de origen natural, es biocompatible y produce geles de color azulado. Se
emplean para endurecer capas superficiales de fantomas, imitando la piel o la cápsula de los órganos [39,
40].
Los métodos sol-gel permiten ajustar propiedades mecánicas y acústicas con gran precisión (Tabla 3). La
polimerización inducida por luz es clave para la impresión 3D de fantomas personalizados, mientras que
la química clic abre la puerta a fantomas multifuncionales con biomoléculas activas. Este análisis refuerza
la idea de que la combinación de técnicas químicas y físicas es esencial para avanzar hacia fantomas
inteligentes.
Tabla 3. Materiales típicos y su método de reticulación asociado
MATERIAL
MÉTODO PRINCIPAL DE
RETICULACIÓN
ÓRGANO SIMULADO /
APLICACIÓN
REF.
PVA CRIOGEL
Criogelación (F-T)
Fantomas multimodales (RMN,
US, CT)
[38]
AGAROSA (1-2 % P/P)
Física (enfriamiento)
Hígado (1 %), corazón (2 %),
cerebro (1 %+GelMA)
[41]
GELMA (4 % P/P)
Foto-reticulación (UV + Irgacure)
Riñón, cerebro (junto con
agarosa)
[41]
PVA-MA
Foto-reticulación (UV)
Cerebro, tejidos blandos en
general
[42]
HÍBRIDOS
ORGÁNICO-INORGÁNICOS
Hidrólisis-condensación
Matrices biomiméticas, andamios
3D
[43]
GELLAN GUM
Iónica (Ca²⁺)
Molde sacrificial para vasos
sanguíneos
[43]
GELATINA + GOTMS
Hidrólisis-condensación (sol-gel)
Andamios porosos, liberación de
fármacos
[28]
CARRAGENANO
Iónica (K⁺)
Fantomas de US (estabilidad a
corto plazo)
[44]
SILICONA UV-CURABLE
Foto-reticulación (UV)
Fantomas hepáticos de gran
tamaño
[45]
5.1.1 Ajuste de Propiedades mediante Aditivos
Los hidrogeles puros (sin aditivos) presentan a menudo limitaciones para aplicaciones biomédicas
específicas: baja resistencia mecánica, hinchazón excesiva, degradación demasiado rápida o falta de
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bioactividad. La incorporación de aditivos —desde iones simples hasta nanopartículas funcionalizadas—
permite modular sus propiedades de forma precisa, adaptándolos a requisitos como la regeneración de
cartílago (alta resistencia a la compresión), la administración de fármacos (cinética de liberación
controlada) o la ingeniería de tejidos eléctricamente activos (e.g., cardíaco o neural). Este enfoque ha
revolucionado el diseño de hidrogeles inteligentes y nanocompuestos. La versatilidad de los hidrogeles
radica en la posibilidad de incorporar aditivos para ajustar sus propiedades [4,5]:
Dispersores ópticos: microesferas de poliestireno (=1.57), TiO₂ ( =2.49), sílice ( =3.60),
Intralipid®.
Absorbedores ópticos: tinta china, colorantes Direct Red 81, azul de evans.
Agentes de contraste acústico: partículas de sílice (40 ), grafeno, burbujas de gas.
Modificadores mecánicos: agentes de reticulación química o física.
Los aditivos más eficaces para modificar las propiedades mecánicas (rigidez, elasticidad, tenacidad)
son:
Nanopartículas de arcilla (laponita, montmorillonita): actúan como puntos de reticulación física
adicionales mediante interacciones electrostáticas y de hidrógeno. Incrementan el módulo de
almacenamiento (G') hasta dos órdenes de magnitud sin comprometer la extensibilidad. Los hidrogeles
de poliacrilamida-laponita alcanzan resistencias a la tracción superiores a 1 MPa, comparables al
cartílago articular [45].
Óxido de grafeno (GO): sus grupos oxigenados (-OH, -COOH) forman enlaces de hidrógeno y
covalentes con las cadenas poliméricas. Concentraciones tan bajas como el 0.5 % p/p aumentan el
módulo de compresión en un 300 % en hidrogeles de alginato [48].
Nanopartículas de sílice: mejoran la resistencia a la fatiga y la dureza mediante un efecto de refuerzo
tipo "perla de collar". En hidrogeles de PEG, la adición de SiO₂ (10 % en peso) incrementa la energía
de fractura de 50 
a 250 
[47].
Reticulación iónica suplementaria: en alginatos, la adición controlada de Ca²⁺ permite ajustar el
módulo elástico de 5  a 200 , cubriendo desde tejido cerebral hasta cartílago [48].
5.1.2 Limitaciones de los Métodos Sol-Gel
A pesar de su amplia utilización, los métodos convencionales presentan limitaciones significativas: (i)
estabilidad limitada debido a la deshidratación y al crecimiento microbiano [4]; (ii) dificultad para
reproducir geometrías anatómicamente complejas; (iii) falta de control sobre la arquitectura interna a
escalas submillimétricas; y (iv) la sensibilidad a condiciones de fabricación [5]. Estas limitaciones han
motivado la adopción de tecnologías de fabricación avanzada.
5.2 Fabricación por Impresión 3D
La impresión 3D ha revolucionado la fabricación de fantomas tisulares al permitir la obtención de modelos
con geometrías personalizadas y arquitecturas internas controladas (ver fig. 2) [9,10].
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Figura 2. Proceso para la fabricación de fantomas mediante impresión 3D.
5.2.1 Materiales para Impresión 3D
La Tabla 4 resume los materiales más utilizados y sus propiedades.
Tabla 4. Materiales para impresión 3D de fantomas de tejido blando.
Material
Procesabilidad
Módulo elástico
(kPa)
Estabilidad
Aplicaciones
REF
GelMA
Fotopolimerización
5-300
2-6 meses
Hígado, riñón,
cerebro
[49]
Agarosa
Termogelificación
10-100
1-3 meses
Ultrasonido, HIFU
[50]
PVA
Termogelificación
50-500
>12 meses
Fantomas mecánicos
[51]
Hidrogeles
nanocompuestos
Variable
Ajustable
Variable
Multifuncionales
[52,53]
5.2.2 Técnicas de Impresión
Las técnicas de impresión 3D para fantomas de tejido blando se basan en adaptar materiales hidrogélicos
y polímeros fotopolimerizables a procesos como la estereolitografía, la extrusión y el PixelPrint, logrando
estructuras personalizadas con propiedades mecánicas y acústicas similares a de los órganos reales. Entre
ellas se encuentran las siguientes:
Impresión por Extrusión (Direct Ink Writing). La técnica más ampliamente utilizada para fantomas
de tejido blando, compatible con hidrogeles termorreversibles como la gelatina, la agarosa y el
GelMA [9]. Permite la deposición capa por capa con resolución típica de 100-500 .
Impresión 3D Embebida (Embedded 3D Printing). Técnica innovadora que utiliza baños de
soporte de sacrificio para estabilizar estructuras durante la impresión, permitiendo fabricar
geometrías complejas en hidrogeles de baja viscosidad [10]. Se ha aplicado con éxito en la
fabricación de fantomas antropomórficos de cerebro humano con propiedades mecánicas, térmicas
y electromagnéticas ajustadas [11].
Fotopolimerización por Proyección (DLP/SLA). Ofrece mayor resolución (10-100 µm) pero
requiere materiales fotoreticulables como GelMA, PEGDA y PVA modificado [9].
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5.2.3 Aplicaciones en Entrenamiento y Validación Clínica
Los fantomas impresos en 3D se utilizan en: (i) planificación preoperatoria con modelos específicos por
paciente; (ii) entrenamiento de procedimientos quirúrgicos complejos; (iii) validación de dispositivos
médicos implantables; y (iv) pruebas de tecnologías de mitigación de radiación [11,12].
5.3 Fabricación por Electrohilado
La fabricación de fantomas de tejido blando mediante electrohilado (electrospinning) se centra en producir
andamios fibrosos en escalas micro y nanométricas que imitan la matriz extracelular, ofreciendo alta
porosidad, control de propiedades mecánicas y capacidad de incorporar agentes de contraste o fármacos
para aplicaciones de ingeniería de tejidos y simulación de microambientes celulares (ver fig. 3) [6,13].
Figura 3. Proceso para la fabricación de fantomas mediante electrohilado.
5.3.1 Fundamentos del Proceso
El electrohilado consiste en la formación de fibras mediante la aplicación de un campo eléctrico de alto
voltaje (10-30 kV) a una solución polimérica disuelta (e.g., PVA, gelatina, alginato, colágeno,
poliuretano), generando fibras ultrafinas cargadas que se estiran y solidifican hacia un colector [6]. La
estructura resultante está compuesta por mallas tridimensionales con fibras de 50–500 , semejantes a
la matriz extracelular natural. Los parámetros controlables incluyen voltaje, distancia de trabajo, caudal y
propiedades de la solución, y permiten ajustar propiedades mecánicas, acústicas y ópticas mediante la
elección del polímero, la concentración y los parámetros de hilado.
5.3.2 Materiales Conductores para Fantomas Electroactivos
La incorporación de materiales conductores permite desarrollar fantomas que simulan tejidos
electroactivos como el cardíaco, el nervioso y el muscular [13,14]. Los materiales conductores más
utilizados en la fabricación de fantomas electroactivos son los polímeros conductores (PEDOT:PSS,
polipirrol, polianilina), los nanomateriales de carbono (grafeno, nanotubos de carbono), los rellenos
metálicos (nanopartículas de oro, plata) y los hidrogeles iónicos. Estos sistemas permiten simular la
respuesta eléctrica de tejidos blandos y se emplean en fantomas para electroencefalografía (EEG),
estimulación eléctrica y bioelectromagnetismo.
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Tabla 5. Materiales conductores para electrohilado de fantomas.
Categoría
Materiales
Conductividad
(S/cm)
Aplicaciones
REF
Polímeros conductores
PEDOT:PSS, PANi,
PPy
10⁻³ - 10¹
Andamios cardíacos,
neurales
[54,55]
Nanomateriales carbono
MWCNT, GO, grafeno
10⁻² - 10²
Fantomas multifuncionales
[56,57]
Nanomateriales
metálicos
AgNPs, AuNPs, AgNW
10⁴ - 10⁶
Sensores, antibacteriano
[58,59]
MXenes
Ti₃C₂Tₓ
10³ - 10⁴
Electrodos, bioelectrónica
[60,61]
6. Integración de Hidrogeles en Fantomas
La incorporación de hidrogeles en fantomas de tejido blando es una estrategia clave para reproducir las
propiedades mecánicas, acústicas y eléctricas de órganos humanos en entornos experimentales y clínicos.
Se logra mediante una selección cuidadosa de materiales como agarosa, alginato, PVA, GelMA y
nanocompuestos, elegidos según la modalidad de imagen o el tipo de ensayo mecánico requerido. El
método de gelificación, que puede ser termogelificación, fotopolimerización o criogelación, determina
tanto la estabilidad como el rango de módulo elástico del fantoma. A partir de ello, las propiedades se
ajustan modulando la concentración del polímero, el grado de entrecruzamiento y la incorporación de
aditivos, lo que permite simular tejidos específicos como hígado, cerebro o riñón. Finalmente, la
funcionalización mediante nanopartículas metálicas, nanomateriales de carbono o polímeros conductores
dota al fantoma de características electroactivas, antibacterianas o multifuncionales, ampliando su utilidad
en aplicaciones biomédicas avanzadas. A continuación, se describen algunos ejemplos de integración:
Los hidrogeles, por su capacidad de hinchazón, biocompatibilidad y respuesta a estímulos,
constituyen la base material de los fantomas convencionales fabricados por procesos sol-gel.
Los avances en hidrogeles inteligentes (sensibles a glucosa, toxinas, células, etc.) se alinean con
la tendencia hacia fantomas multifuncionales, capaces de simular propiedades mecánicas,
ópticas, acústicas y eléctricas en un solo modelo.
Los hidrogeles nanoestructurados y supramoleculares se integran naturalmente en las tecnologías
de impresión 3D y de electrohilado, aportando mimetismo celular y estabilidad prolongada.
La química clic y el ADN-origami, mencionados en el desarrollo de hidrogeles hiperinteligentes,
ofrecen nuevas rutas para fantomas personalizados por paciente, con capacidad de auto-
reparación y respuesta dinámica en tiempo real.
6.1 Técnicas Combinadas: Electrohilado e Impresión 3D
La convergencia de ambas tecnologías aborda las limitaciones individuales y representa una estrategia
avanzada para la fabricación de fantomas de tejido blando y andamios biomédicos: el electrohilado
proporciona mimetismo estructural nanométrico, produciendo mallas fibrosas con diámetros de 50–500
, favoreciendo la adhesión y proliferación celular, además de simular la microestructura de tejidos
blandos, aunque carece de resistencia mecánica; la impresión 3D ofrece geometrías controladas a
macroescala, aportando control geométrico y reproducibilidad anatómica a gran escala, pero con
resolución limitada a nivel submicrométrico [7,17].
La combinación de electrohilado e impresión 3D permite integrar fibras nanométricas dentro de
estructuras macroscópicas impresas, logrando fantomas con propiedades mecánicas, acústicas y eléctricas
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ajustables. En este enfoque, las fibras electrohiladas se emplean como capas internas o recubrimientos que
aportan una microestructura semejante a la matriz extracelular, mientras que la impresión 3D asegura una
geometría anatómica precisa y reproducible. El resultado es un fantoma híbrido capaz de imitar tanto la
organización microscópica como la forma macroscópica de los tejidos blandos, ofreciendo mayor realismo
funcional y versatilidad en aplicaciones biomédicas avanzadas [7].
7. Análisis comparativo de Tecnologías de Fabricación
La comparación entre impresión 3D y electrohilado en la fabricación de fantomas de tejido blando revela
enfoques complementarios que responden a diferentes necesidades experimentales y clínicas. Mientras
que la impresión 3D ofrece una precisión anatómica macroscópica, capaz de reproducir geometrías
complejas basadas en imágenes médicas y ajustar propiedades como la densidad radiológica o el módulo
elástico, el electrohilado aporta una microestructura biomimética con fibras nanométricas que imitan la
matriz extracelular y permiten incorporar funcionalidad electroactiva o multifuncional. En conjunto, la
impresión 3D asegura reproducibilidad y personalización anatómica, mientras que el electrohilado
proporciona realismo microestructural y versatilidad en la integración de nanomateriales. Así, ambas
tecnologías no se excluyen, sino que se potencian mutuamente, ofreciendo un enfoque multiescala que
combina exactitud geométrica y fidelidad biológica, lo que es clave para el desarrollo de fantomas
avanzados en investigación biomédica. La Tabla 6 presenta un análisis comparativo de las tres tecnologías
evaluadas.
Tabla 6. Comparación de tecnologías para fabricación de fantomas de tejido blando [64,65].
Parámetro
Sol-Gel Convencional
Impresión 3D
Electrohilado
Resolución
>1 mm
10-500 µm
10 nm - 10 µm
Complejidad geométrica
Baja
Alta
Baja (2D/2.5D)
Mimetismo estructural
Macroscópico
Anatómico
Matriz extracelular
Propiedades mecánicas
Ajustables
Alta resistencia
Limitada
Estabilidad
Semanas
Meses-años
Meses-años
Multifuncionalidad
Media
Alta
Alta
Costo
Bajo
Medio-Alto
Medio
8. Aplicaciones Clínicas y Preclínicas
Los fantomas de tejido blando se han consolidado como herramientas esenciales en la práctica biomédica,
ya que permiten entrenar al personal en procedimientos de canulación, biopsia y ablación, reduciendo la
dependencia de modelos animales y demostrando mejoras significativas en la confianza y competencia
del personal clínico [2]. Además, cumplen un papel crucial en la calibración de equipos de imagen, como
la tomografía de coherencia óptica (OCT) para evaluar la resolución axial y el rendimiento [8], en sistemas
multimodales que integran fotoacústica y ultrasonido [4], y en la validación de la termometría fotoacústica
para medir temperaturas inducidas por HIFU [5]. En el ámbito de la medicina regenerativa, los andamios
electrohilados conductores han mostrado gran potencial, aplicándose en la regeneración de tejido nervioso
con orientación controlada [14], en la reparación cardíaca mediante estructuras con propiedades
electrofisiológicas [15], y en el desarrollo de sustitutos dérmicos que favorecen la cicatrización de heridas
[16]. De esta manera, los fantomas y andamios avanzados se posicionan como plataformas
multifuncionales que integran el entrenamiento clínico, la validación tecnológica y las aplicaciones
terapéuticas de vanguardia.
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8.1 Desafíos Actuales
La literatura identifica varios desafíos persistentes [1-4,7,8]:
1. Estandarización: ausencia de protocolos unificados para fabricación y caracterización de
fantomas, lo que limita la reproducibilidad y comparabilidad entre estudios.
2. Resolución multiescala: necesidad de combinar la precisión nanométrica del método de
electrohilado con la arquitectura macroscópica del método de impresión 3D en un único proceso.
3. Propiedades multifuncionales: desarrollo de fantomas que simulen simultáneamente propiedades
mecánicas, eléctricas, ópticas, acústicas y térmicas.
4. Estabilidad a largo plazo: degradación de propiedades en hidrogeles y biocompatibilidad de
materiales conductores.
8.2 Tendencias Emergentes
1. Fabricación híbrida: integración de los métodos de impresión 3D y electrohilado para combinar
sus ventajas complementarias [7,17].
2. Materiales inteligentes: hidrogeles con respuesta a estímulos (termocrómicos, fotocrómicos,
electroactivos) para el monitoreo en tiempo real de terapias térmicas [5].
3. Personalización específica por paciente: modelos derivados de imágenes médicas para
planificación quirúrgica [12].
4. Transferencia tecnológica: creciente número de patentes en tecnologías combinadas de impresión
3D y electrohilado [7].
9. Discusión
El conjunto de tablas presentadas en este trabajo proporciona una síntesis valiosa de los materiales,
propiedades y tecnologías para la fabricación de fantomas de tejido blando. Sin embargo, un análisis
crítico integrado revela varias limitaciones, interdependencias y matices que no son evidentes a partir de
los datos tabulados por sí solos, y que resultan esenciales para una selección tecnológica informada.
Los valores típicos reportados en la Tabla 1 para propiedades acústicas y mecánicas, aunque
aparentemente precisos, ocultan variabilidades significativas que afectan su aplicabilidad clínica. La
velocidad del sonido en los fantomas (1528-1538 m/s) presenta una desviación de hasta el 0.8% respecto
al valor real del tejido (1540 m/s); aunque esta diferencia parece marginal, en aplicaciones de ultrasonido
de alta resolución y elastografía cuantitativa puede traducirse en errores de localización de hasta 1 mm a
profundidades de 20 cm. Esta limitación exige que la calibración de la velocidad del sonido se realice caso
por caso, ajustando la concentración polimérica y los aditivos para cada aplicación específica, en lugar de
asumir la validez universal de los valores típicos.
De manera similar, la Tabla 2 clasifica todos los hidrogeles bajo la categoría de "estabilidad limitada",
pero el análisis crítico revela una heterogeneidad significativa que esta oculta. Los criogeles de PVA
pueden mantener sus propiedades durante más de 12 meses, mientras que los hidrogeles de gelatina y
agarosa pueden degradarse en semanas, debido a la hidrólisis y al crecimiento microbiano. Esta
variabilidad sugiere que las clasificaciones de estabilidad deberían distinguir claramente entre hidrogeles
de corta estabilidad (gelatinas, agarosas: 1-3 meses) y larga estabilidad (PVA criogel: >12 meses), en
función del mecanismo de reticulación y las condiciones de almacenamiento.
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Los tiempos de relajación T1 y T2 para RMN, presentados en la Tabla 1 como "ajustables con dopantes",
subestiman la complejidad de lograr simultáneamente valores realistas para ambos parámetros. La adición
de agentes de contraste como el gadolinio (para acortar T1) y el óxido de manganeso (para acortar T2)
puede afectar las propiedades mecánicas y acústicas del hidrogel de manera no lineal, creando un problema
de optimización multidimensional que raramente se aborda de manera sistemática en la literatura. Esta
interdependencia entre propiedades representa un desafío significativo para el desarrollo de fantomas
verdaderamente multimodales.
El análisis integrado de las Tablas 3 y 4 revela que la procesabilidad de los materiales está intrínsecamente
ligada a su estabilidad a largo plazo, creando compromisos que no siempre se explicitan en la literatura.
El PVA criogel, presentado como el estándar de oro en la Tabla 3, requiere ciclos de congelación-
descongelación que pueden durar varios días, lo que limita la productividad y dificulta la implementación
en entornos clínicos donde se requiere una respuesta rápida. Además, la rigidez del PVA criogel (50-500
kPa) es adecuada para músculo y cartílago, pero resulta excesiva para tejidos muy blandos como el cerebro
(1-5 kPa), lo que requiere el desarrollo de materiales alternativos para estas aplicaciones específicas.
La impresión 3D de PVA, tabla 4, aunque ofrece una estabilidad superior a 12 meses, presenta problemas
dimensionales, un encogimiento por deshidratación que puede alcanzar el 20-30% del volumen original
durante el secado y curado. Aunque este encogimiento puede ser compensado en el diseño, la anisotropía
resultante del proceso de secado (diferente contracción en las direcciones X, Y y Z) es difícil de predecir
y compensar, limitando la precisión anatómica de los modelos complejos. La fotopolimerización del
GelMA presenta varios desafíos prácticos. La fotoiniciación requiere la adición de fotoiniciadores, que
pueden ser citotóxicos en concentraciones superiores al 0.5% p/v. Además, la penetración de la luz UV
en el hidrogel está limitada a profundidades de 2-5 mm, lo que restringe el tamaño de las estructuras
imprimibles. El grado de fotoreticulación depende críticamente de la dosis de luz UV, y pequeñas
variaciones en la intensidad o el tiempo de exposición pueden resultar en diferencias significativas en el
módulo elástico (hasta ±30%), comprometiendo la reproducibilidad entre lotes.
La Tabla 5 presenta los materiales conductores para electrohilado, pero el análisis crítico revela que la
integración de estos materiales en hidrogeles presenta desafíos que van más allá de la simple adición de
rellenos conductores. El PEDOT:PSS, e.g., es altamente soluble en agua, pero su conductividad disminuye
drásticamente (hasta 3 órdenes de magnitud) al ser electrohilado debido a la dilución y al reordenamiento
molecular inducido por el campo eléctrico. Se requieren estrategias de post-tratamiento con solventes
polares (etilenglicol, DMSO) para recuperar la conductividad, pero estos tratamientos pueden modificar
la estructura nanofibrosa y las propiedades mecánicas, creando un compromiso entre conductividad y
mimetismo estructural que no se refleja en la tabla.
Los nanomateriales de carbono (MWCNT, GO, grafeno) presentan un desafío adicional de dispersión:
tienden a agregarse debido a las interacciones de van der Waals, lo que puede resultar en la formación de
grumos que bloquean la aguja de electrohilado y producen fibras no homogéneas. Aunque la
funcionalización superficial (introducción de grupos carboxilo o hidroxilo) mejora la dispersión, también
puede afectar la conductividad al interrumpir la red de conducción, creando un compromiso entre
procesabilidad y conductividad que aún no está completamente resuelto.
Los nanomateriales metálicos (AgNPs, AuNPs, AgNW) requieren concentraciones de relleno superiores
al umbral de percolación (típicamente 5-15% p/p) para alcanzar conductividades significativas. Sin
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embargo, estas concentraciones elevadas pueden afectar la viscosidad de la solución y la morfología de
las fibras, resultando en diámetros de fibra no uniformes (>500 nm) y en la formación de cuentas o gotas
durante el electrohilado. Además, las nanopartículas metálicas pueden ser tóxicas para las células en
concentraciones elevadas, limitando la aplicación de estos fantomas en estudios de biocompatibilidad e
ingeniería de tejidos.
Los MXenes (Ti₃C₂Tₓ), la categoría más reciente en la Tabla 5, presentan una estabilidad limitada en
medio acuoso debido a su oxidación gradual en presencia de agua y oxígeno, formando TiO₂ y perdiendo
su conductividad. Esta degradación es particularmente rápida (días a semanas) en condiciones fisiológicas
(37°C, pH 7.4), lo que limita la vida útil de los fantomas basados en MXenes. Aunque la modificación
superficial y la encapsulación en matrices poliméricas pueden mitigar este problema, estas estrategias aún
están en sus etapas iniciales de desarrollo.
El análisis integrado de la Tabla 6 revela que la comparación entre tecnologías no es tan directa como
sugiere la clasificación binaria (alta/baja). La resolución de la impresión 3D, e.g., no es independiente de
las propiedades del material: los hidrogeles de baja viscosidad (<500 cP) exhiben una resolución limitada
(>200 µm) debido al escurrimiento y la deformación entre capas, mientras que los hidrogeles de alta
viscosidad (>5000 cP) ofrecen mejor resolución (<100 µm) pero son difíciles de extruir y pueden causar
obstrucciones en la boquilla. De manera similar, la resolución del electrohilado depende de la
conductividad de la solución: soluciones de baja conductividad producen fibras más gruesas (1-10 µm),
mientras que soluciones de alta conductividad generan fibras más finas (<100 nm). Esta interdependencia
entre la resolución y las propiedades del material no se refleja en la tabla, lo que puede llevar a expectativas
poco realistas sobre la resolución alcanzable en condiciones prácticas.
La complejidad geométrica, clasificada como "baja" para sol-gel y electrohilado, y, "alta" para impresión
3D, también requiere matices. El electrohilado puede lograr cierta complejidad geométrica mediante el
uso de colectores con patrones (electrohilado 3D) o mediante la combinación con procesos de moldeo.
Por otro lado, la impresión 3D de hidrogeles está limitada por la necesidad de soportes para estructuras
con voladizos (>45°), que pueden dejar marcas en la superficie y requerir post-procesamiento. Esta
complejidad en la evaluación sugiere que la clasificación binaria es insuficiente y que se requiere una
métrica más matizada que considere la geometría accesible para cada tecnología en función de las
propiedades del material.
El mimetismo estructural, clasificado como "matriz extracelular" para electrohilado, requiere una
consideración adicional: aunque el electrohilado produce estructuras que se asemejan a la matriz
extracelular, estas carecen de la organización tridimensional y la orientación celular de los tejidos nativos.
La combinación de electrohilado con impresión 3D (hibridación) aborda esta limitante, al integrar fibras
nanométricas dentro de estructuras macroscópicas, pero introduce nuevos desafíos de integración que no
se reflejan en la tabla, como la adhesión entre capas y la compatibilidad de solventes entre los dos
procesos.
Finalmente, el costo de la impresión 3D (clasificado como "medio-alto" en la Tabla 6) ha disminuido
significativamente en los últimos años, con impresoras de extrusión de hidrogeles disponibles por menos
de $5,000 USD y sistemas de fotopolimerización por menos de $3,000 USD para aplicaciones de
laboratorio. Por otro lado, el costo del electrohilado puede ser elevado debido al consumo de solventes
(hasta 100 mL/hora) y a la necesidad de sistemas de extracción de solventes y control de humedad. Esta
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dinámica de costos sugiere que la clasificación debería revisarse periódicamente para reflejar la evolución
tecnológica y los cambios en los precios de los equipos. Con base en el análisis crítico integrado de las
tablas, se deriva la tabla 7.
Tabla 7. Recomendaciones prácticas para la selección de la tecnología de fabricación más adecuada según la aplicación
biomédica.
APLICACIÓN
TECNOLOGÍA RECOMENDADA
JUSTIFICACIÓN CRÍTICA
CALIBRACIÓN DE
ULTRASONIDO (PRECISI
ÓN <0.5%)
PVA criogel con calibración individual
La variabilidad de ±0.8% en la
velocidad del sonido requiere
calibración caso por caso
ELASTOGRAFÍA
CUANTITATIVA (PRECIS
IÓN <10%)
GelMA con control riguroso de
fotopolimerización
Evitar variaciones de ±30% en
módulo elástico mediante
control de dosis UV
FANTOMAS DE LARGA
DURACIÓN (>1 AÑO)
PVA criogel o siliconas
Evitar degradación de
gelatinas/agarosas en semanas
MODELOS ANATÓMICOS
COMPLEJOS
Impresión 3D con GelMA
Aceptar compromiso de
estabilidad (2-6 meses) por
fidelidad anatómica
MIMETISMO DE MATRIZ
EXTRACELULAR
Electrohilado con polímeros conductores
Considerar pérdida de
conductividad durante el
proceso
APLICACIONES
MULTIMODALES (US+R
MN+CT)
PVA criogel con dopantes
Optimizar interdependencias de
propiedades
ENTRENAMIENTO
QUIRÚRGICO DE ALTA
FIDELIDAD
Siliconas (PDMS, Ecoflex)
Priorizar estabilidad y tacto
sobre mimetismo acústico
ESTUDIOS DE
BIOCOMPATIBILIDAD
GelMA con fotoiniciadores no tóxicos
Mantener concentración de
fotoiniciador <0.5% p/v
APLICACIONES QUE
REQUIEREN ALTA
CONDUCTIVIDAD
Nanomateriales metálicos o MXenes
Considerar toxicidad de AgNPs
y oxidación de MXenes
La presente revisión ha proporcionado un análisis sistemático y crítico de las tres principales tecnologías
de fabricación de fantomas de tejido blando basados en hidrogeles: métodos sol-gel, impresión 3D y
electrohilado. La integración de los hallazgos permite identificar patrones consistentes, contradicciones
en la literatura y vacíos de conocimiento que orientan futuras investigaciones, al tiempo que se establece
un marco comparativo para la selección tecnológica según la aplicación biomédica específica. A
diferencia de revisiones previas, este trabajo integra simultáneamente aspectos históricos, tecnológicos,
bibliométricos, comparativos y clínicos.
Un hallazgo consistente a lo largo de los estudios revisados es que los hidrogeles a base de alcohol
polivinílico (PVA) ofrecen la mejor combinación de estabilidad a largo plazo y propiedades ajustables, lo
que explica su amplia adopción en fantomas multimodales para ultrasonido, resonancia magnética y
tomografía computarizada [5, 38, 65]. Esta preferencia por el PVA se fundamenta en su capacidad para
formar criogeles estables mediante ciclos de congelación-descongelación, su biocompatibilidad
demostrada y la posibilidad de modificar sus propiedades mediante la adición de agentes de contraste y
dopantes [41, 42]. De manera similar, la gelatina metacriloilada (GelMA) ha emergido como el material
de elección para aplicaciones de impresión 3D debido a su excelente procesabilidad mediante
fotopolimerización, su capacidad para encapsular células y su rango ajustable de módulo elástico (5-300
kPa), que cubre desde tejido cerebral hasta cartílago [33, 50].
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Otro patrón consistente es la complementariedad entre las tecnologías de fabricación. Los métodos sol-
gel convencionales destacan por su simplicidad operacional y bajo costo, lo que los hace accesibles para
laboratorios con recursos limitados y para aplicaciones que no requieren geometrías complejas [4, 5]. La
impresión 3D, por su parte, ofrece un control geométrico sin precedentes y la capacidad de personalizar
modelos a partir de imágenes médicas, lo que resulta esencial en planificación quirúrgica y entrenamiento
de procedimientos [1,11]. El electrohilado proporciona el único enfoque capaz de mimetizar la
arquitectura nanofibrosa de la matriz extracelular, con diámetros de fibra en el rango de 50-500 nm, lo
que lo hace insustituible para aplicaciones de ingeniería de tejidos y estudios de interacción celular [6, 9].
El análisis crítico de la literatura revela varias controversias que requieren atención. La primera y más
significativa se refiere a la estabilidad de los hidrogeles a base de gelatina. Mientras algunos autores
reportan estabilidad de hasta 6 meses con reticulación química mediante glutaraldehído o genipina [33,
39], otros observan degradación significativa en cuestión de semanas, incluso con protocolos de
reticulación aparentemente similares [4, 5]. Esta discrepancia sugiere una fuerte dependencia de las
condiciones de preparación —incluyendo la concentración del agente reticulante, el pH, la temperatura y
las condiciones de almacenamiento— que no siempre son reportadas con el detalle suficiente en los
estudios publicados. Esta falta de estandarización en los protocolos de preparación constituye una
limitación importante para la reproducibilidad y comparabilidad entre estudios.
Una segunda controversia se refiere a la conductividad eléctrica en fantomas electroactivos. Los polímeros
conductores como PEDOT:PSS y la polianilina ofrecen conductividades en el rango de 10⁻³ a 10¹ S/cm,
mientras que los nanomateriales de carbono y metálicos alcanzan valores significativamente superiores
(10² a 10⁶ S/cm) [54- 59]. Sin embargo, la incorporación de estos materiales conductores en hidrogeles no
siempre resulta en un aumento proporcional de la conductividad global del fantoma, debido a problemas
de dispersión, agregación y percolación [13, 14]. Esta observación indica que la relación entre la
conductividad del relleno y la conductividad efectiva del hidrogel compuesto es compleja y depende
críticamente de la morfología de la red conductora, un aspecto que ha recibido poca atención sistemática
en la literatura.
Una tercera controversia, menos discutida pero igualmente relevante, es la reproducibilidad de las
propiedades acústicas en fantomas impresos en 3D. Si bien la impresión 3D permite una excelente
reproducibilidad geométrica, la literatura muestra variaciones significativas en la velocidad del sonido y
el coeficiente de atenuación entre lotes de impresión, incluso utilizando el mismo material y la misma
impresora [50, 51]. Estas variaciones se atribuyen a diferencias en el grado de fotopolimerización, la
temperatura de impresión y las condiciones de post-procesamiento, lo que sugiere que la reproducibilidad
de las propiedades funcionales es más difícil de lograr que la reproducibilidad geométrica.
Es importante situar los hallazgos de esta revisión en el contexto de otros trabajos de síntesis publicados
en los últimos años. La revisión de McGarry et al. [2] proporciona una visión general de los materiales
para fantomas en imagen y terapia, pero se centra predominantemente en propiedades acústicas y de
imagen, con escasa atención a las técnicas de fabricación avanzada. El trabajo de Tejo-Otero et al. [5]
aborda específicamente hidrogeles para fantomas, pero se limita a métodos sol-gel convencionales sin
explorar en profundidad la impresión 3D o el electrohilado. La revisión de Zhang et al. [9] sobre
compuestos de nanofibras electrohiladas e hidrogeles se enfoca en aplicaciones de ingeniería de tejidos,
sin considerar las aplicaciones en imagenología y entrenamiento clínico.
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En contraste con estas revisiones, el presente trabajo ofrece una integración tripartita que cubre todo el
espectro tecnológico, desde los métodos químicos más simples hasta las tecnologías híbridas más
avanzadas. Además, introduce un marco comparativo explícito (Tabla 6) que relaciona directamente las
capacidades de cada tecnología con los requisitos de aplicaciones clínicas específicas, llenando un vacío
identificado en la literatura previa. Finalmente, la revisión aborda de manera sistemática la convergencia
entre impresión 3D y electrohilado como una estrategia para superar las limitaciones individuales de cada
técnica, un aspecto que ha recibido atención creciente pero que carecía de un análisis crítico integrado [7,
17].
El análisis crítico de la literatura revela varias limitaciones que afectan la aplicabilidad clínica de los
fantomas actuales. La primera y más significativa es la escasez de estudios de estabilidad a largo plazo.
La mayoría de los estudios reportan propiedades inmediatamente después de la fabricación, sin evaluar la
evolución de las propiedades mecánicas, acústicas o eléctricas en períodos superiores a seis meses. Esta
carencia es especialmente relevante para aplicaciones clínicas donde los fantomas se utilizan como
estándares de calibración y deben mantener sus propiedades durante períodos prolongados. Solo unos
pocos estudios, principalmente con PVA criogel, han abordado esta cuestión con resultados que sugieren
una estabilidad superior a 12 meses [37,51].
Una segunda limitación importante es la ausencia de estudios comparativos directos entre las tres
tecnologías de fabricación utilizando los mismos materiales y las mismas condiciones de prueba. La
mayoría de los estudios se centran en una sola tecnología, lo que dificulta la selección basada en evidencia
robusta. Esta carencia limita la capacidad de los investigadores y clínicos para tomar decisiones
informadas sobre qué tecnología emplear para una aplicación específica.
Una tercera limitación, de naturaleza metodológica, es la heterogeneidad en los protocolos de
caracterización. No existe un consenso sobre qué propiedades deben medirse, con qué métodos y bajo qué
condiciones, para validar la equivalencia de un fantoma con el tejido real que pretende simular. Esta
heterogeneidad se refleja en la dificultad de comparar resultados entre estudios y en la ausencia de
estándares internacionales para la fabricación y caracterización de fantomas.
Finalmente, se identifica un vacío de conocimiento en la integración de múltiples funcionalidades en un
único fantoma. Aunque la literatura reconoce la importancia de las propiedades multifuncionales, son
escasos los trabajos que demuestran un fantoma que simule simultáneamente propiedades mecánicas,
acústicas, eléctricas y ópticas con fidelidad clínica. Esta carencia limita la transición de los fantomas desde
aplicaciones de investigación básica hacia aplicaciones clínicas multimodalidad, donde se requiere la
simulación de múltiples propiedades de imagen y terapia.
10. Implicaciones para la Práctica Clínica y la Investigación
Los hallazgos de esta revisión tienen implicaciones directas en múltiples ámbitos de la práctica clínica y
la investigación biomédica. En el ámbito clínico, la disponibilidad de fantomas con fidelidad anatómica y
estructural mejorada permite un entrenamiento más efectivo del personal clínico en procedimientos
intervencionistas, reduciendo la curva de aprendizaje y mejorando la seguridad del paciente [1, 19]. La
capacidad de personalizar fantomas a partir de imágenes médicas del paciente, mediante impresión 3D,
representa un avance significativo en la planificación quirúrgica y en la simulación de procedimientos
complejos [12].
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En el ámbito del diagnóstico por imagen, los fantomas avanzados facilitan la calibración más precisa de
equipos de ultrasonido, tomografía y resonancia magnética. La capacidad de ajustar propiedades como la
velocidad del sonido, la impedancia acústica y los tiempos de relajación mediante la selección adecuada
de hidrogeles y aditivos permite estandarizar los protocolos de imagenología entre diferentes centros
hospitalarios, reduciendo la variabilidad en la interpretación diagnóstica [2, 20, 65, 66]. Esta capacidad es
particularmente relevante en estudios multicéntricos donde se requiere alta reproducibilidad.
En el contexto de la terapia guiada por imagen, los fantomas híbridos ofrecen una plataforma única para
validar procedimientos de ablación térmica, biopsia y administración localizada de fármacos. La
combinación de propiedades mecánicas realistas con la capacidad de incorporar sensores o agentes de
contraste permite simular con mayor fidelidad la respuesta tisular durante estos procedimientos [3, 5].
10.1. Limitaciones de la Presente Revisión
Es importante reconocer las limitaciones de la presente revisión. En primer lugar, aunque se utilizó una
estrategia de búsqueda sistemática en múltiples bases de datos, la selección final de 68 documentos pudo
haber excluido trabajos relevantes publicados en idiomas distintos al inglés o en revistas no indexadas. En
segundo lugar, la revisión se centró en los tres métodos de fabricación más ampliamente utilizados, pero
no cubrió exhaustivamente técnicas emergentes como la litografía blanda o la microfabricación por láser,
que podrían ofrecer soluciones complementarias. En tercer lugar, la naturaleza de la revisión bibliográfica
limita la capacidad de establecer conclusiones cuantitativas definitivas sobre el rendimiento comparativo
de las tecnologías, debido a la heterogeneidad en las condiciones experimentales y las métricas de
evaluación entre los estudios incluidos.
10.2. Direcciones Futuras de Investigación
A partir del análisis crítico realizado, se identifican tres líneas prioritarias de investigación futura. La
primera línea se refiere al desarrollo de protocolos estandarizados para la fabricación y caracterización de
fantomas. Esta estandarización debería incluir la definición de parámetros críticos, métodos de medición
consensuados y especificaciones mínimas de rendimiento para cada aplicación biomédica. La
colaboración entre la comunidad científica, los organismos reguladores y la industria es esencial para
avanzar en esta dirección.
La segunda línea se orienta a la integración de múltiples funcionalidades en un único fantoma. El
desarrollo de hidrogeles nanocompuestos que combinen propiedades mecánicas, acústicas, eléctricas y
ópticas con respuesta inteligente a estímulos externos representa un área de investigación particularmente
prometedora [52,53]. La incorporación de materiales sensibles a estímulos (termocrómicos,
electroactivos, fotocrómicos) permitiría desarrollar fantomas que no solo simulan pasivamente los tejidos,
sino que también responden de manera dinámica a condiciones cambiantes, como la temperatura o el pH.
La tercera línea se enfoca en la validación clínica y regulatoria de los fantomas avanzados. Son necesarios
estudios que demuestren la equivalencia de los fantomas con los tejidos reales en condiciones clínicas, así
como la utilidad de los modelos personalizados para mejorar los resultados quirúrgicos y terapéuticos.
Esta validación es un paso indispensable para que los fantomas dejen de ser exclusivamente herramientas
de investigación y se conviertan en dispositivos médicos certificados, con aplicaciones en ensayos clínicos
y en la formación continuada del personal sanitario.
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11. Conclusiones
Este trabajo aporta un marco comparativo integral que reúne los tres principales métodos de fabricación
de fantomas de tejido blando: sol-gel, impresión 3D y electrohilado. Ofreciendo una visión crítica y
sistemática de sus fundamentos, materiales y aplicaciones, la comparación permite identificar con claridad
las fortalezas y limitaciones de cada técnica, lo que constituye una herramienta práctica para orientar la
selección tecnológica en función de las necesidades biomédicas específicas.
La revisión evidencia que los enfoques híbridos, basados en la convergencia de impresión 3D y
electrohilado, representan una frontera tecnológica con alto impacto clínico. Estos sistemas combinan la
fidelidad anatómica macroscópica con el mimetismo estructural nanométrico, lo que abre nuevas
posibilidades en la calibración de equipos de imagen, la validación de dispositivos médicos y el
entrenamiento de personal sanitario en procedimientos de alta complejidad. En este sentido, los hidrogeles
se consolidan como materiales estratégicos, capaces de reproducir propiedades acústicas, mecánicas y
ópticas de los tejidos humanos, y de incorporar partículas funcionales que amplían su versatilidad.
La aportación principal de este estudio radica en destacar cómo la integración de tecnologías híbridas no
solo supera las limitaciones individuales de cada método, sino que también proyecta un impacto directo
en la práctica clínica. Fantomas más realistas y multifuncionales pueden mejorar la calidad diagnóstica,
optimizar la seguridad en la formación médica y acelerar la validación de nuevas terapias y dispositivos
biomédicos.
11. Líneas de Investigación Futura y Recomendaciones Específicas
Con base en el análisis crítico de la literatura y en las limitaciones identificadas en la Sección 9, se
proponen las siguientes líneas de trabajo y recomendaciones concretas, organizadas según su nivel de
prioridad y horizonte temporal (tabla 8):
Tabla 8. Líneas de futuras de trabajo.
Horizonte
Acciones específicas
Actores responsables
Corto plazo (1-2
años)
Definir propiedades mínimas a reportar,
establecer condiciones de almacenamiento,
protocolos de control de calidad, crear base de
datos abierta
Comunidad científica, sociedades
de física médica, editores de
revistas
Mediano plazo
(3-5 años)
Investigar integración secuencial
3D+electrohilado, desarrollar nuevos materiales
híbridos, optimizar parámetros de proceso,
evaluar rendimiento en condiciones clínicas
Grupos de investigación en
biomateriales e ingeniería de
fabricación, centros de
investigación clínica
Largo plazo (5-
10 años)
Desarrollar materiales inteligentes, integrar
sensores, validación clínica y regulatoria,
transferencia tecnológica, creación de
consorcios interdisciplinarios
Consorcios académico-industria,
organismos reguladores,
hospitales universitarios
La atención a estas recomendaciones permitirá avanzar hacia la próxima generación de fantomas
inteligentes, con aplicaciones clínicas más robustas y un papel decisivo en la medicina personalizada, la
formación sanitaria y la ingeniería de tejidos, consolidando a los hidrogeles como el material estratégico
para la simulación biomédica del siglo XXI.
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Lista de abreviaturas
CT: Tomografía computarizada (Computed Tomography)
DLP: Procesamiento digital de luz (Digital Light Processing)
ECM: Matriz extracelular (Extracellular Matrix)
GA: Glutaraldehído
GelMA: Gelatina metacriloilada
GO: Óxido de grafeno
HIFU: Ultrasonido focalizado de alta intensidad (High-Intensity Focused Ultrasound)
HRP: Peroxidasa de rábano picante (Horseradish Peroxidase)
MRI: Imagen por resonancia magnética (Magnetic Resonance Imaging)
mTG: Transglutaminasa microbiana
MWCNT: Nanotubos de carbono de pared múltiple (Multi-Walled Carbon Nanotubes)
OCT: Tomografía de coherencia óptica (Optical Coherence Tomography)
PEDOT:PSS: Poli(3,4-etilendioxitiofeno):poli(estireno sulfonato)
PEG: Poli(etilenglicol)
PHEMA: Poli(metacrilato de 2-hidroxietilo)
PVA: Alcohol polivinílico
PVA-MA: Alcohol polivinílico metacrilato
PVC: Cloruro de polivinilo
RMN: Resonancia Magnética Nuclear
SLA: Estereolitografía (Stereolithography)
TEOS: Tetraetilortosilicato
US: Ultrasonido
Conflictos de interés: El autor declara no tener conflictos de interés relacionados con esta publicación.
Financiamiento: EMR agradece el apoyo de SECIHTI a través de la Beca de Doctorado. FJGR agradece
el apoyo del Tec NM a través de la estancia sabática AS-2-186/2025 y del PRODEP a través del programa
Apoyos para el Fortalecimiento de Cuerpos Académicos MOO/3070/2025. Esta investigación fue
parcialmente apoyada por SECIHTI (Beca No. CBF2023-2024-3038) y también parcialmente apoyada
por DAIP-Universidad de Guanajuato: CIIC (Beca No. 401/2025).
Reconocimiento de autoría
Eduardo Martínez-Ramírez: Investigación, escritura de borrador. David Gasca-Figueroa: Investigación,
revisión y edición de borrador. Rosa María Quispe-Siccha: Escritura y edición del borrador. Abisaí Jaime
Reséndiz-Barrón: Conceptualización y escritura de borrador. Gerardo Gutiérrez-Juárez:
Conceptualización y supervisión de la investigación. Francisco Javier García-Rodríguez: Dirección de la
investigación, conceptualización, escritura y revisión del borrador.
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28 ISSN: 2594-1925
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