Pesquisadores da Universidade de Pittsburgh desenvolveram um dispositivo portátil de laboratório em um chip que usa sangue para gerar eletricidade, permitindo o diagnóstico no local. Esta tecnologia, que mede a condutividade elétrica do sangue, pode avaliar parâmetros de saúde e transformar os cuidados de saúde, facilitando testes não invasivos em tempo real.
Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo portátil que utiliza sangue para gerar eletricidade para diagnósticos médicos imediatos.
Esta tecnologia lab-on-a-chip, destinada a combater o aumento global de distúrbios metabólicos, mede a condutividade sanguínea para diagnosticar instantaneamente doenças como a diabetes, especialmente em áreas desfavorecidas.
Aumento Global de Distúrbios Metabólicos
A diabetes, a osteoporose e outras doenças metabólicas estão a crescer em todo o mundo, especialmente nos países em desenvolvimento.
O diagnóstico destas doenças é normalmente um exame de sangue, mas como a infra-estrutura de saúde existente em áreas remotas não é capaz de apoiar estes testes, a maioria dos indivíduos não é diagnosticada nem tratada. Os métodos convencionais também envolvem processos trabalhosos e invasivos que tendem a ser demorados e tornam inviável o monitoramento em tempo real, especialmente em ambientes da vida real e em populações rurais.
Revolucionando o diagnóstico com novas tecnologias
Pesquisadores da Universidade de Pittsburgh e do Centro Médico da Universidade de Pittsburgh estão propondo um novo dispositivo que utiliza sangue para gerar eletricidade e medir sua condutividade, abrindo portas para atendimento médico em qualquer local.
“À medida que os campos da nanotecnologia e da microfluídica continuam a avançar, há uma oportunidade crescente de desenvolver dispositivos lab-on-a-chip capazes de contornar as restrições dos cuidados médicos modernos”, disse Amir Alavi, professor assistente de engenharia civil e ambiental na Escola de Engenharia Swanson de Pitt. “Essas tecnologias poderiam potencialmente transformar os cuidados de saúde, oferecendo diagnósticos rápidos e convenientes, melhorando, em última análise, os resultados dos pacientes e a eficácia dos serviços médicos.”
Agora, temos sangue bom
A condutividade elétrica do sangue é uma métrica valiosa para avaliar vários parâmetros de saúde e detectar condições médicas.
Esta condutividade é predominantemente governada pela concentração de eletrólitos essenciais, nomeadamente íons sódio e cloreto. Esses eletrólitos são essenciais para uma infinidade de processos fisiológicos, ajudando os médicos a identificar um diagnóstico.
“O sangue é basicamente um ambiente à base de água que possui várias moléculas que conduzem ou impedem correntes elétricas”, explicou o Dr. Alan Wells, diretor médico dos Laboratórios Clínicos UPMC, vice-presidente executivo da Seção de Medicina Laboratorial da Universidade de Pittsburgh e UPMC. e Thomas Gill III Professor de Patologia, Pitt School of Medicine, Departamento de Patologia. “A glicose, por exemplo, é um condutor elétrico. Podemos ver como isso afeta a condutividade por meio dessas medições. Assim, permitindo-nos fazer um diagnóstico na hora.”
Apesar de sua vitalidade, o conhecimento da condutividade do sangue humano é limitado devido aos desafios de medição, como a polarização dos eletrodos, o acesso limitado a amostras de sangue humano e as complexidades associadas à manutenção da temperatura sanguínea. Medir a condutividade em frequências abaixo de 100 Hz é particularmente importante para obter uma compreensão mais profunda das propriedades elétricas do sangue e dos processos biológicos fundamentais, mas é ainda mais difícil.
Um laboratório de bolso
A equipe de pesquisa está propondo um dispositivo inovador e portátil, nanogerador milfluídico, lab-on-a-chip, capaz de medir sangue em baixas frequências. O dispositivo utiliza sangue como substância condutora dentro de seu nanogerador triboelétrico integrado, ou TENG. O sistema TENG baseado em sangue proposto pode converter energia mecânica em eletricidade por meio de triboeletrificação.
Este processo envolve a troca de elétrons entre materiais em contato, resultando em uma transferência de carga. Em um sistema TENG, a transferência de elétrons e a separação de carga geram uma diferença de tensão que impulsiona a corrente elétrica quando os materiais experimentam movimento relativo, como compressão ou deslizamento. A equipe analisa a voltagem gerada pelo dispositivo sob condições de carga predefinidas para determinar a condutividade elétrica do sangue. O mecanismo de autoalimentação permite a miniaturização do nanogerador baseado em sangue proposto. A equipe também usou modelos de IA para estimar diretamente a condutividade elétrica do sangue usando os padrões de voltagem gerados pelo dispositivo.
Para testar seu precisão, a equipe comparou seus resultados com um teste tradicional que teve sucesso. Isto abre a porta para levar os testes até onde as pessoas vivem. Além disso, os nanogeradores movidos a sangue são capazes de funcionar no corpo onde quer que haja sangue presente, permitindo diagnósticos autoalimentados usando a química sanguínea local.
Referência: “Dispositivo Lab-on-a-Chip Nanogerador Milifluídico para Monitoramento de Condutividade Elétrica do Sangue em Baixa Frequência” por Jianzhe Luo, Wenyun Lu, Daeik Jang, Qianyun Zhang, Wenxuan Meng, Alan Wells e Amir H. Alavi, 30 de maio de 2024, Materiais avançados.
DOI: 10.1002/adma.202403568
Outros pesquisadores neste projeto incluem:
- Jianzhe Luo, candidato a doutorado, Universidade de Pittsburgh
- Wenyun Lu, doutorando, Universidade de Pittsburgh
- Daeik Jang, pós-doutorado associado, Universidade de Pittsburgh
- Qianyun Zhang, professor de engenharia civil, Universidade Estadual do Novo México
- Mensuan Meng, candidato a doutorado, Universidade de Pittsburgh
