Sensor de tensão hipersensível permite monitoramento de curso em tempo real

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Seung-Kyun Kang do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Nacional de Seul desenvolveu um sensor de deformação com sensibilidade recorde em colaboração com pesquisadores da Universidade Dankook, Universidade Ajou e Universidade Purdue.

Este estudo introduziu um sensor hipersensível, flexível e extensível, combinando microfissuras com metaestruturas de forma inovadora. A tecnologia avançada permite o diagnóstico de AVC em tempo real através da monitorização contínua do fluxo sanguíneo, abrindo novas possibilidades no campo da engenharia biomédica de precisão.

Os resultados deste estudo foram publicados online em 20 de dezembro em Avanços da Ciência.

Sensores de deformação flexíveis e extensíveis detectam sinais biomecânicos ou deformação de objetos específicos com base em alterações na resistência elétrica de materiais condutores.

No entanto, os sensores anteriores são limitados pela baixa sensibilidade e por um declínio significativo no desempenho ao medir deformações infinitesimais abaixo de 10⁻³. Esta limitação coloca desafios críticos no diagnóstico precoce de doenças associadas a sinais fisiológicos mecânicos, bem como em avaliações de confiabilidade estrutural e avaliações preventivas de segurança.

Por exemplo, doenças cerebrovasculares como hemorragia cerebral ou isquemia são acompanhadas por cepas infinitesimais menores que 10⁻³ antes que se tornem fatais. Da mesma forma, os materiais estruturais normalmente apresentam níveis de deformação superficial de 10⁻⁵ para 10⁻³ antes de uma falha catastrófica, que pode levar a perdas significativas de vidas.

Para enfrentar esses desafios, a equipe do Prof. Kang introduziu uma metaestrutura com índice de Poisson negativo, alcançando sensibilidade até 100 vezes maior em comparação com os sensores anteriores. Seu sensor é capaz de detectar deformações tão pequenas quanto 10⁻⁵ cepas, equivalentes a uma mudança no comprimento na escala de um único átomo na superfície de um cabelo humano.

O sensor desenvolvido neste estudo alcançou sensibilidade de deformação líder mundial, amplificando as mudanças de resistência elétrica por meio do alargamento controlado de microfissuras em nanoescala.

Como resultado, demonstrou a capacidade de monitorar deformações infinitesimais que acompanham os processos de crescimento microbiano, como a detecção em tempo real do contato induzido pelo crescimento de hifas de mofo no pão (gerando níveis de deformação tão pequenos quanto 10⁻⁵).

O sensor recém-desenvolvido demonstrou potencial significativo para aplicações em ambientes biológicos. A equipe de pesquisa conectou com sucesso os sensores à superfície dos vasos sanguíneos cerebrais dentro do crânio, permitindo o monitoramento em tempo real da pressão arterial e das alterações no fluxo sanguíneo.

Esta inovação destaca o potencial do sensor para diagnóstico precoce de doenças cerebrovasculares, como hemorragia cerebral e isquemia, bem como doenças cardiovasculares, ao mesmo tempo que fornece dados médicos precisos.

Além disso, o sensor é composto por materiais biodegradáveis, permitindo que ele se decomponha naturalmente sem deixar resíduos no corpo a longo prazo, garantindo a segurança do paciente sem a necessidade de cirurgias adicionais ou efeitos colaterais.

A equipe de pesquisa afirmou: “Este estudo não se trata apenas de melhorar o desempenho do sensor, mas de apresentar uma abordagem inovadora que supera as limitações fundamentais das tecnologias anteriores. Prevemos aplicações abrangentes não apenas em bioengenharia e dispositivos médicos, mas também em campos como como robótica, resposta a desastres e monitoramento ambiental.”