Matrizes de eletrodos de microagulhas extensíveis. Crédito: Grupo de Pesquisa Zhao
Microagulhas altamente extensíveis e personalizáveis que revolucionam a interface entre o corpo humano e dispositivos de monitoramento invasivos foram desenvolvidas através de USC pesquisar. Eles são promissores para amplas aplicações em diagnóstico e tratamento de saúde, incluindo neurociência, engenharia de tecidos e bioeletrônica vestível.
A revolução na medicina personalizada está bem encaminhada – com dispositivos vestíveis e testes caseiros DIY, é mais fácil do que nunca monitorizar tudo, desde a frequência cardíaca aos níveis de glicose e à diversidade do microbioma.
No entanto, ainda existe uma lacuna de inovação antes de conseguirmos uma interface perfeita entre o corpo humano e os dispositivos de monitorização invasivos.
Preenchendo a lacuna com novas tecnologias
É aí que entra o pesquisador da USC Hangbo Zhao, especialista em fabricação avançada e eletrônica flexível. Como professor assistente do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica e do Departamento Alfred E. Mann de Engenharia Biomédica da USC, Hangbo publicou uma série de artigos sobre sensores extensíveis para fins biomédicos. Seu artigo mais recente, selecionado como matéria de capa da prestigiada revista Avanços da Ciênciaapresenta novas pesquisas que permitirão diretamente o desenvolvimento de microagulhas “macias” e mais flexíveis – essenciais para garantir o conforto e alta precisão de monitoramento de saúde a longo prazo.
A tecnologia é possibilitada por matrizes de microeletrodos penetrantes tridimensionais extensíveis, produzidas por um novo processo de fabricação desenvolvido por Zhao e seu grupo de pesquisa.
Ilustração esquemática do conjunto de eletrodos de microagulhas extensíveis. Crédito: Grupo de Pesquisa Zhao
Revolucionando a tecnologia de microagulhas
Eletrodos de microagulha são amplamente utilizados na detecção e estimulação do cérebro, bem como no diagnóstico de biomarcadores sob a pele. No entanto, quase todos os eletrodos de microagulhas existentes são rígidos devido a limitações de material e fabricação. A experiência de Zhao em manufatura avançada deu-lhe uma nova perspectiva quando se tratou de imaginar uma solução mais flexível.
Os novos eletrodos de microagulhas “macios” são altamente desejáveis no caso de tecidos musculares e tecidos cutâneos que “deformam” ou mudam de forma. Os eletrodos precisam acompanhar as deformações dos tecidos alvo para garantir contato íntimo e minimizar danos aos tecidos; A pesquisa de Zhao abre caminho para avanços em microagulhas que podem detectar cada vez mais profundamente os tecidos e obter resultados mais precisos. Seja monitorando o funcionamento de uma bexiga fraca ou monitorando pequenas flutuações nos batimentos cardíacos, a necessidade de detecção de alta fidelidade é cada vez mais vital.
Métodos de fabricação inovadores
Central para a inovação é o desenvolvimento de um método de fabricação híbrido descoberto no laboratório de Zhao na USC. O método escalonável e de baixo custo combina microusinagem a laser, microfabricação e impressão por transferência para criar conjuntos de eletrodos de microagulhas com a maior elasticidade (60-90%) já relatada.
Crucialmente, o novo método de fabricação permite a personalização conveniente dos principais parâmetros do dispositivo, como geometria do eletrodo, locais de gravação e propriedades mecânicas e elétricas. Tal como acontece com todas as pesquisas de Zhao, adaptabilidade e precisão são o princípio organizador: suas perspectivas sobre eletrônica leve e robótica também informam o método de fabricação flexível.
Aplicações biomédicas e perspectivas futuras
Outra característica intrigante da pesquisa são suas origens no fundo do mar. A viabilidade dos eletrodos de microagulhas de aplicação global foi originalmente demonstrada pelo registro de atividades elétricas dentro dos músculos em movimento de uma lesma marinha.
As aplicações biomédicas globais mais amplas dos resultados ficaram imediatamente claras para Zhao e sua equipe de pesquisadores. Esta tecnologia de plataforma pode ser usada para detecção e controle de atividades cerebrais e nervosas, detecção eletroquímica de fluidos intersticiais da pele, diagnóstico de distúrbios neuromusculares e administração de medicamentos em tecidos profundos.
Para aqueles que se sentem enjoados só de pensar em microagulhas, a próxima fase de microagulhas “macias” altamente elásticas pode ser a resposta. Na busca por um rastreamento cada vez mais preciso para detectar anormalidades e identificar um tratamento rápido, a pesquisa de Zhao é um marco importante para profissionais de saúde, empresas de biotecnologia e qualquer pessoa que queira viver uma vida mais longa e saudável.
Referência: “Matrizes de eletrodos de microagulhas altamente extensíveis e personalizáveis para eletromiografia intramuscular” por Qinai Zhao, Ekaterina Gribkova, Yiyang Shen, Jilai Cui, Noel Naughton, Liangshu Liu, Jaemin Seo, Baixin Tong, Mattia Gazzola, Rhanor Gillette e Hangbo Zhao, 1º de maio 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adn7202
