Sensores ultrafinos captam partículas no ar

Karin Santin*

Inspirados em teias de aranha e cabelos, sensores bioeletrônicos ultrafinos foram desenvolvidos por pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. A ideia é utilizá-los para detectar sinais biológicos e monitorar a qualidade do ar. Publicado na Nature Electronics, o trabalho do grupo de cientistas liderado por Yan Yan Sherry Huang criou uma fibra 50 vezes mais fina que um fio de cabelo cuja adesão foi testada em plantas, embriões de galinha e dedos humanos.

Nos testes, os fios se adaptaram bem às superfícies, preservando a capacidade de realizar trocas normais com o ambiente. Os pesquisadores trabalharam para criar um material não invasivo capaz de monitorar sinais fisiológicos ou ambientais. O artigo destaca a aplicabilidade do dispositivo nas indústrias médica, de monitoramento ambiental, têxtil e eletrônica.

“O prazo para aplicação poderia começar na área de Inovação e Desenvolvimento (P&D) no espaço de 2 a 3 anos, depois na medicina, monitoramento ambiental e indústria na faixa de 4 a 6 anos”, estima Huang.

A colocação da fibra foi inspirada no modo de tecelagem utilizado pelas aranhas, em que a disposição dos fios é baseada na organização espacial disponível na época: a chamada abordagem in situ, conforme explicado no estudo. A técnica utiliza uma máquina que adiciona cada camada de fibra em movimentos circulares, o que permite o uso personalizado do material.

Fabricados com um material capaz de conduzir sinais elétricos (polímero condutor), os fios desenvolvidos são utilizados em associação com eletrodos para captar e transmitir os sinais desejados. Para avaliar o funcionamento do sensor, a equipe de Cambridge mediu os impulsos elétricos cardíacos (eletrocardiograma).

“O eletrodo metálico é uma tira de cobre colocada sobre a unha. As fibras bioeletrônicas ficam enroladas nela e no restante do dedo. Assim, os impulsos são captados pelas fibras, transportados para a tira de cobre e, por fim, entregues a um medidor da leitura à visualização”, explica Huang.

Nanofibras

Pesquisas que abordam materiais na forma de nanofibras e medições elétricas já foram realizadas, inclusive em âmbito nacional. Mas a aplicação in situ testada em Cambridge é um diferencial, como confirma Maria Luisa Braunger, pesquisadora colaboradora do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP).

“A deposição de sensores em folhas de plantas ou protótipos em tecido epitelial são viáveis ​​com técnicas comumente utilizadas na área de desenvolvimento de sensores. O método de fabricação em uma interface biológica complexa, como a ponta do dedo de uma pessoa, é inovador e talvez não amplamente praticado no Brasil”, explica Braunger.

A fibra produzida consiste em uma solução à base de água, que combina um polímero condutor biocompatível (Pedot:PSS), ácido hialurônico e óxido de polietileno. Esta composição torna o seu cabelo biocompatível e hidrofílico, o que permite que seja facilmente removido com água uma vez terminada a sua vida útil. Para reforçar a durabilidade do material, os cientistas recomendam revestimentos com materiais complementares, como uma camada de filme de celulose.

Braunger chama a atenção para a diferença entre materiais biocompatíveis e biodegradáveis. Biocompatibilidade refere-se ao uso em contato com sistemas biológicos sem causar efeitos adversos. Já os materiais biodegradáveis ​​são aqueles que podem se decompor sem causar danos ao meio ambiente. “O polímero utilizado no trabalho do professor Huang (Pedot:PSS) é biocompatível, mas não é biodegradável.”, finaliza o pesquisador do LNNano.

Os pesquisadores também testaram os sensores para monitoramento ambiental, quando combinados com uma pequena luz LED na folha de uma planta. Em condições normais, a luz permaneceu acesa, mas diminuiu após a exposição à amônia devido ao afrouxamento da fibra que reage à substância. “[Foi possível] detectar níveis de poluentes nas plantas, fornecendo um sistema de alerta precoce para contaminação ambiental”, destaca Braunger.

Outra aplicação possível é a adição de sensores a luvas de algodão e a incorporação desses sensores na indústria têxtil para criar roupas inteligentes. Esse uso também poderia ser ampliado para a área de realidade virtual e videogames, detalhes preservados por questões de confidencialidade, segundo o pesquisador.

Sinais bioelétricos

A rede elétrica do corpo humano está associada às reações que ocorrem entre os elementos químicos nele presentes no nível celular. Essas substâncias interagem entre si e a dissolução de seus átomos gera partículas eletricamente carregadas, chamadas íons. A circulação e interação de íons com diferentes potenciais elétricos no corpo gera uma determinada corrente, semelhante ao que acontece com um conjunto de baterias.

Tal atividade emite os chamados sinais bioelétricos, como batimentos cardíacos ou atividade muscular, que podem ser captados colocando eletrodos em contato direto com a pele. As informações obtidas na primeira captura passam por filtragem para garantir a precisão dos dados. Os sinais fonte são analógicos, portanto devem passar por uma conversão digital para serem processados ​​por computadores. Com base em padrões de dados digitais, as informações são transcritas de forma compreensível, como em um gráfico que representa a atividade cardíaca.

*Estagiário sob supervisão de Renata Giraldi

Sinais bioelétricos

A rede elétrica do corpo humano está associada às reações que ocorrem entre os elementos químicos nele presentes no nível celular. Essas substâncias interagem entre si e a dissolução de seus átomos gera partículas eletricamente carregadas, chamadas íons. A circulação e interação de íons com diferentes potenciais elétricos no corpo gera uma determinada corrente, semelhante ao que acontece com um conjunto de baterias.

Tal atividade emite os chamados sinais bioelétricos, como batimentos cardíacos ou atividade muscular, que podem ser captados colocando eletrodos em contato direto com a pele. As informações obtidas na primeira captura passam por filtragem para garantir a precisão dos dados. Os sinais fonte são analógicos, portanto devem passar por uma conversão digital para serem processados ​​por computadores. Com base em padrões de dados digitais, as informações são transcritas de forma compreensível, como em um gráfico que representa a atividade cardíaca.

Hidrofílico e eletrodo

HIDROFÍLICA – Tipo de substância compatível com a água e, portanto, solúvel nela.

ELÉTRODO – Elemento que transmite eletricidade e permite que ela seja conduzida de um objeto externo para um circuito elétrico. Na medicina, é utilizado, por exemplo, para aplicar tratamentos ou medir sinais elétricos do corpo, como no caso de um eletrocardiograma.