O sensor semelhante à pele pode rastrear o movimento do corpo e os sinais elétricos por dentro e por fora

Um novo sensor de pele desenvolvido por uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Penn State pode ajudar os médicos a monitorar sinais vitais com mais precisão, rastrear a cicatrização após a cirurgia e até ajudar pacientes com problemas de controle da bexiga.

O sensor, que pode ser usado na pele ou implantado dentro do corpo, pode medir o movimento físico e os sinais elétricos. É feito de materiais macios e elásticos que imitam a pele humana e é projetada para funcionar por longos períodos de tempo sem perder o desempenho.

“Geralmente, quando você tenta combinar materiais diferentes para obter o melhor dos dois mundos, você precisa fazer uma troca”, disse Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Professor Associado Memorial de Ciência e Mecânica da Penn State e liderar co-autor do estudo em materiais funcionais avançados. “Com esse design, fomos capazes de evitar isso. Atingimos baixa resistência ao contato com a pele, alta sensibilidade, alongamento e estabilidade a longo prazo, tudo em um dispositivo”.

A maioria dos sensores se baseia apenas na condução elétrica, que move elétrons através de materiais de metal ou carbono. Esse sensor modal duplo combina dois tipos diferentes de condutividade: condução elétrica e iônica, que move os átomos carregados através de um líquido. Essa mistura ajuda a interagir mais naturalmente com o corpo, especialmente para uso interno, onde o ambiente está molhado e rico em íons, de acordo com Cheng.

“A condutividade iônica é mais compatível com o corpo”, disse Cheng. “Ele permite que o sensor fique melhor, especialmente dentro do corpo, e nos dá sinais de maior qualidade”.

A equipe construiu o sensor usando uma combinação de estruturas metal-orgânicas em forma de flor, nanotubos de carbono e um material macio semelhante a borracha cheio de líquido iônico. Essa combinação oferece ao sensor alto desempenho e flexibilidade, ajudando a reduzir o desgaste interno ao longo do tempo, explicou Cheng.

Um dos principais benefícios do design é que ele pode detectar movimentos grandes, como um pulso flexível, e os muito pequenos, como vibrações musculares sutis. Também pode registrar atividade elétrica, como sinais cardíacos ou ondas cerebrais.

Isso o torna útil para uma ampla gama de aplicações médicas e de bem -estar, disse Cheng, observando que uma área especialmente promissora é o monitoramento da função da bexiga. A equipe testou o sensor em um modelo de roedores, medindo o alongamento da bexiga e a atividade elétrica dos músculos circundantes. Esses dados, se aplicados aos seres humanos, poderiam ajudar pacientes com problemas de controle da bexiga, de acordo com Cheng.

“Com essa interface, podemos extrair informações da superfície da bexiga e potencialmente fornecer estimulação elétrica também”, disse Cheng. “Isso significa que poderíamos monitorar o problema e tratá -lo ao mesmo tempo”.

Como o sensor funciona em ambientes secos e úmidos, ele pode ser usado na pele ou implantado sem precisar de materiais ou desenhos diferentes.

“Você não precisa escolher um material para fora e outro para dentro do corpo”, disse Songfang Zhao, professor de ciência e engenharia de materiais da Universidade de Jinan e co-autor do estudo. “Esse sensor tem um bom desempenho em ambas as condições”.

Os testes mostraram que o sensor pode suportar milhares de ciclos de alongamento sem perder o desempenho. Também capturou com precisão movimentos comuns, como curvas de pulso, flexões do joelho e até movimento da garganta durante a fala ou a deglutição. Quando comparado aos sensores comerciais, Cheng disse que teve um desempenho igualmente bom ou melhor na medição da atividade cardíaca, muscular e ocular.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam levar o sensor além do monitoramento. Cheng disse que deseja criar um sistema que não apenas sente um problema, mas também entrega o tratamento automaticamente.

“Se pudermos adicionar a capacidade de fornecer estimulação elétrica, poderíamos fechar o loop”, disse Cheng, explicando como o trabalho futuro poderia permitir aplicações mais amplas. “O sensor detectaria um sinal, decidiria o que fazer e desencadearia uma resposta como estimulação nervosa ou ritmo do coração. … Com este dispositivo, poderíamos ir de simplesmente coletar dados de saúde para realmente ajudar o corpo a se curar”.