Sensor implantável pode medir funções corporais — e depois biodegradar com segurança

Sensores que monitoram a condição de um paciente durante e após procedimentos médicos podem ser caros, desconfortáveis ​​e até perigosos. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores projetou um sensor de gás flexível altamente sensível que pode ser implantado no corpo – e, depois que não for mais necessário, biodegradar com segurança em materiais que são absorvidos pelo corpo.

Em um estudo, pesquisadores da Penn State relataram que projetaram um sensor flexível e implantável que pode monitorar várias formas de gás óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) no corpo. O monitoramento desses tipos de gases é importante porque eles podem desempenhar um papel benéfico ou, às vezes, prejudicial à saúde humana.

O óxido nítrico, por exemplo, que é produzido naturalmente no corpo humano, desempenha um papel importante na saúde porque relaxa ou dilata os vasos sanguíneos para aumentar o fluxo sanguíneo, permitindo que o oxigênio e os nutrientes circulem pelo corpo. Por outro lado, a exposição ao dióxido de nitrogênio do ambiente está ligada à progressão de condições como a doença pulmonar obstrutiva crônica. O óxido nítrico é altamente reativo e pode ser transformado em dióxido de nitrogênio quando exposto ao oxigênio.

A equipe adicionou uma reviravolta ao design do sensor, tornando-o a partir de materiais que não são apenas implantáveis, flexíveis e elásticos, mas também biodegradáveis. Embora os dispositivos atuais sejam usados ​​fora do corpo para monitorar os níveis de gás, Cheng disse que eles são volumosos e potencialmente não tão precisos quanto um dispositivo implantável. Os dispositivos implantáveis, no entanto, precisam ser removidos, o que pode significar outra operação. Os pesquisadores investigaram um design que não precisa ser removido.

“Digamos que você tenha uma cirurgia cardíaca; o monitor fora do corpo pode não ser suficiente para detectar o gás”, disse o professor Huanyu “Larry” Cheng. “Pode ser muito mais benéfico monitorar os níveis de gás da superfície do coração ou dos órgãos internos. Este sensor de gás também é implantável e biodegradável, que é outra direção de pesquisa em que estamos trabalhando. Se o paciente se recuperar totalmente de uma operação cirúrgica, ele não precisará mais do dispositivo, o que torna os dispositivos biodegradáveis ​​úteis”.

Segundo os pesquisadores, todos os componentes são biodegradáveis ​​em água ou em fluidos corporais, mas permanecem funcionais o suficiente para capturar as informações sobre os níveis de gás. Nesse caso, os pesquisadores fizeram os condutores elétricos do dispositivo com magnésio e, para os materiais funcionais, usaram silício, que também é altamente sensível ao óxido nítrico. O silício é único – é o bloco de construção da eletrônica moderna, é considerado superestável e biodegradável. Ele pode se dissolver de maneira muito lenta, cerca de um a dois nanômetros por dia, dependendo do ambiente. Não apenas o corpo pode absorver com segurança todos os materiais usados ​​no dispositivo, mas eles se dissolvem em um ritmo lento o suficiente para permitir que os sensores funcionem no corpo durante o período de recuperação do paciente.

O sensor foi testado em condições úmidas e soluções aquosas para mostrar que pode funcionar de forma estável nas condições adversas do corpo. A equipe usou recursos computacionais do supercomputador Roar do ICDS para criar as simulações computacionais que podem calcular mudanças extremamente pequenas causadas por pequenas mudanças de forma, ou deformações, do material. Eles basearam sua medição na resistência, que pode mudar com base na absorção do gás.

Os pesquisadores dizem que trabalhos futuros podem olhar para projetar sistemas integrados que possam monitorar outras funções corporais para o envelhecimento saudável e várias aplicações de doenças.