Sensores de seda de aranha eletrônica estreitam conexão entre biológico e eletrônico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/05/2024

Os sensores de seda eletrônica, quase invisíveis, podem ser fabricados diretamente sobre as superfícies mais sensíveis e delicadas.
[Imagem: Wenyu Wang et al. - 10.1038/s41928-024-01174-4]

Importância dos sensores

Quando se fala em interatividade, poucos se lembram dos componentes que tornam possível a coleta e a troca de informações, dos carros autônomos e do monitoramento ambiental às telas dos nossos aparelhos eletrônicos e à internet das coisas.

De fato, mais do que pouco populares, os sensores representam a face mais desconhecida da tecnologia, embora talvez estejam entre os elementos mais essenciais para que possamos interagir com o ambiente, uns com os outros e com nossas engenhocas eletrônicas.

Mas os pesquisadores e engenheiros continuam fazendo sua parte, melhorando os sensores cada vez mais.

Agora, Wenyu Wang e colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, desenvolveram uma técnica 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.

Isto significa que esses sensores são adequados para todas as aplicações envolvendo não apenas o ser humano - monitoramento da saúde, conforto, redes corporais etc. - mas também outros seres vivos, incluindo esforços como o aumento da produtividade na agricultura.

"Se você deseja detectar com precisão qualquer coisa em uma superfície biológica, como a pele ou uma folha, a interface entre o dispositivo e a superfície é vital," disse a professora Yan Yan Huang, coordenadora da equipe. "Também queremos dispositivos bioeletrônicos que sejam completamente imperceptíveis para o usuário, para que não interfiram de modo algum na forma como o usuário interage com o mundo, e queremos que sejam sustentáveis e com baixo desperdício."

Testes de integração dos sensores a componentes eletrônicos tradicionais.
[Imagem: Wenyu Wang et al. - 10.1038/s41928-024-01174-4]

Seda bioeletrônica

A técnica de fabricação dos sensores foi inspirada na seda de aranha, que pode se adaptar e aderir a uma variedade de superfícies. As novas sedas de aranha artificiais também incorporam componentes bioeletrônicos, de modo que diferentes capacidades de detecção podem ser adicionadas a cada sensor.

Existem vários métodos para fabricar sensores vestíveis, mas todos apresentam desvantagens. Os eletrônicos flexíveis, por exemplo, normalmente são impressos em filmes plásticos que não permitem a troca gasosa ou de umidade, então é meio como envolver sua pele em um filme plástico. Outros pesquisadores desenvolveram recentemente eletrônicos flexíveis que são permeáveis a gases, como peles artificiais, mas que ainda interferem na sensação normal e dependem de técnicas de fabricação mais complexas.

As novas fibras, pelo menos 50 vezes mais finas do que um fio de cabelo humano, são tão leves que os pesquisadores as imprimiram diretamente sobre 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 sudoríparos, para que o usuário não detecte sua presença. Testes das fibras impressas em um dedo humano confirmaram que elas poderão ser usadas como monitores contínuos de saúde.

Embora a pele humana seja extremamente sensível, ampliar suas capacidades adicionando sensores eletrônicos pode mudar fundamentalmente o modo como interagimos com o mundo ao nosso redor. 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.

Testes dos sensores bioeletrônicos para diversos usos.
[Imagem: Wenyu Wang et al. - 10.1038/s41928-024-01174-4]

Testes e usos

A "seda de aranha bioeletrônica" é fabricada a partir de um polímero condutor chamado PEDOT:PSS, ácido hialurônico e óxido de polietileno - além de biocompatível, o PEDOT:PSS é um condutor híbrido, podendo transportar tanto elétrons como íons.

Tudo é posto em solução aquosa, com as fibras sendo fabricadas por uma espécie de eletrofiação, saindo do equipamento assim como as teias saem da aranha pelas suas glândulas sericígenas. Isto significa que os sensores podem ser aplicados diretamente sobre a superfície onde devem operar.

A equipe então projetou um equipamento especial de rotação orbital, para permitir que as fibras se mesclem com superfícies vivas, até mesmo em microestruturas como impressões digitais. Os testes das fibras bioeletrônicas, em superfícies que incluíram dedos humanos e sementes de dente-de-leão, mostraram que elas fornecem um desempenho de sensor de alta qualidade, permanecendo imperceptíveis para o hospedeiro.

"Usamos redes de fibra personalizáveis para criar eletrodos na pele que podem registrar sinais de eletrocardiograma e eletromiografia, transistores eletroquímicos orgânicos controlados pela pele e interfaces aumentadas de toque e com plantas. Mostramos também que as fibras podem ser usadas para acoplar microeletrônica pré-fabricada e têxteis eletrônicos, e que as fibras podem ser reparadas, atualizadas e recicladas," escreveu a equipe.

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