Sensores montados na pele, invisíveis e ecológicos, inspirados na seda de aranha

André Corselli
Sensores impressos em dedos humanos. (Imagem:Huang Lab, Cambridge)
Os pesquisadores desenvolveram um método para fabricar sensores adaptativos e ecológicos que podem ser impressos direta e imperceptivelmente em uma ampla variedade de superfícies biológicas, seja um dedo ou uma pétala de flor.

O método, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Cambridge, se inspira na seda da aranha, que pode se moldar e aderir a diversas superfícies. Estas “sedas de aranha” também incorporam bioeletrônica, de modo que diferentes capacidades de detecção podem ser adicionadas à “teia”.

“Um dos maiores desafios foi abandonar os métodos de fabricação existentes e criar um mecanismo giratório para produzir os sensores de fibra”, disse o líder de pesquisa e professor Yan Yan Shery Huang ao Tech Briefs em entrevista exclusiva.

As fibras, pelo menos 50 vezes menores que um fio de cabelo humano, são tão leves que os pesquisadores as imprimiram diretamente na fofa semente de um dente-de-leão, sem destruir sua estrutura. Quando impressos na pele humana, os sensores de fibra adaptam-se à pele e expõem os poros do suor, para que o utilizador não detecte a sua presença. Testes das fibras impressas em um dedo humano sugerem que elas poderiam ser usadas como monitores contínuos de saúde.

“A ideia inicial foi inspirada na combinação de peles eletrônicas e sedas de aranha”, acrescentou Huang.

Este método de baixo desperdício e baixas emissões para aumentar estruturas vivas poderia ser usado em vários campos, desde cuidados de saúde e realidade virtual até têxteis eletrónicos e monitorização ambiental. Os resultados são relatados na Nature Electronics   .

“Primeiro é feita uma solução aquosa que consiste em partículas condutoras, ácido hialurônico e um aglutinante de polímero”, explicou Huang sobre o processo. "Esta solução é então alimentada na ponta de uma seringa, onde uma pequena gota pendente é criada na ponta. Um braço giratório então entra em contato com a gota pendente, que estica a gota em uma fibra sensora."

Embora a pele humana seja extremamente sensível, aumentá-la com sensores eletrônicos poderia mudar fundamentalmente a forma como interagimos com o mundo que nos rodeia. Por exemplo, sensores impressos diretamente na pele poderiam ser usados ​​para monitoramento contínuo da saúde, para compreender as sensações da pele ou poderiam melhorar a sensação de “realidade” em jogos ou aplicações de realidade virtual.

Embora tecnologias vestíveis com sensores incorporados, como smartwatches, estejam amplamente disponíveis, estes dispositivos podem ser desconfortáveis, intrusivos e inibir as sensações intrínsecas da pele.

Existem vários métodos para fabricar sensores vestíveis, mas todos apresentam desvantagens. Eletrônicos flexíveis, por exemplo, são normalmente impressos em filmes plásticos que não permitem a passagem de gás ou umidade, então seria como envolver sua pele em filme plástico. Outros pesquisadores desenvolveram recentemente eletrônicos flexíveis que são permeáveis ​​aos gases, como peles artificiais, mas que ainda interferem na sensação normal e dependem de técnicas de fabricação que consomem muita energia e resíduos.

A impressão 3D é outra rota potencial para a bioeletrônica, uma vez que causa menos desperdício do que outros métodos de produção, mas leva a dispositivos mais espessos que podem interferir no comportamento normal. A fiação de fibras eletrônicas resulta em dispositivos imperceptíveis ao usuário, mas que não possuem alto grau de sensibilidade ou sofisticação e são difíceis de transferir para o objeto em questão.

Agora, a equipe liderada por Cambridge desenvolveu uma nova maneira de fabricar bioeletrônica de alto desempenho que pode ser personalizada para uma ampla gama de superfícies biológicas, desde a ponta de um dedo até a semente fofa de um dente-de-leão, imprimindo-as diretamente nessa superfície. Sua técnica se inspira em parte nas aranhas, que criam estruturas de teia sofisticadas e fortes, adaptadas ao seu ambiente, usando o mínimo de material.

Os pesquisadores criaram sua “seda de aranha” bioeletrônica a partir de PEDOT:PSS (um polímero condutor biocompatível), ácido hialurônico e óxido de polietileno. As fibras de alto desempenho foram produzidas a partir de uma solução à base de água à temperatura ambiente, o que permitiu aos pesquisadores controlar a “fiação” das fibras. Os pesquisadores então projetaram uma abordagem de rotação orbital para permitir que as fibras se transformassem em superfícies vivas, até mesmo em microestruturas como impressões digitais.

Testes das fibras bioeletrônicas, em superfícies incluindo dedos humanos e sementes de dente-de-leão, mostraram que elas forneciam um desempenho de sensor de alta qualidade, ao mesmo tempo em que eram imperceptíveis para o hospedeiro.

“O próximo passo imediato é estabelecer cenários baseados em aplicações, para determinar que parte do sistema de sensores deve ser feita com fibras imperceptíveis, e o restante pode usar dispositivos microfabricados/e-têxteis existentes”, observou Huang.