Patch de pele vestível monitora a hemoglobina em tecidos profundos

Uma equipe de engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveu um patch eletrônico que pode monitorar biomoléculas em tecidos profundos, incluindo a hemoglobina. Isso dá aos profissionais médicos acesso sem precedentes a informações cruciais que podem ajudar a detectar condições que ameaçam a vida, como tumores malignos, disfunção de órgãos, hemorragias cerebrais ou intestinais e muito mais.

“A quantidade e a localização da hemoglobina no corpo fornecem informações críticas sobre a perfusão ou acúmulo de sangue em locais específicos. Nosso dispositivo apresenta grande potencial em monitoramento de grupos de alto risco, permitindo intervenções oportunas em momentos urgentes”, disse Sheng Xu, professor de nanoengenharia da UC San Diego e autor correspondente do estudo.

O artigo, “Um patch fotoacústico para imagens tridimensionais de hemoglobina e temperatura central”, foi publicado na edição de 15 de dezembro de 2022 da Natureza Comunicações.

A baixa perfusão sanguínea dentro do corpo pode causar disfunções graves de órgãos e está associada a uma série de doenças, incluindo ataques cardíacos e doenças vasculares das extremidades. Ao mesmo tempo, o acúmulo anormal de sangue em áreas como cérebro, abdômen ou cistos pode indicar hemorragia cerebral ou visceral ou tumores malignos. O monitoramento contínuo pode auxiliar no diagnóstico dessas condições e ajudar a facilitar intervenções oportunas e potencialmente salvadoras de vidas.

O novo sensor supera algumas limitações significativas nos métodos existentes de monitoramento de biomoléculas. A ressonância magnética (MRI) e a tomografia computadorizada de raios-X dependem de equipamentos volumosos que podem ser difíceis de obter e geralmente fornecem apenas informações sobre o status imediato da molécula, o que os torna inadequados para monitoramento de biomoléculas a longo prazo.

“O monitoramento contínuo é crítico para intervenções oportunas para evitar que condições de risco de vida piorem rapidamente”, disse Xiangjun Chen, Ph.D. em nanoengenharia. aluno do grupo Xu e co-autor do estudo. “Dispositivos vestíveis baseados em eletroquímica para detecção de biomoléculas, não limitados à hemoglobina, são bons candidatos para aplicações de monitoramento vestíveis de longo prazo. No entanto, as tecnologias existentes alcançam apenas a capacidade de detecção da superfície da pele.”

O novo patch vestível, flexível e de baixo fator de forma se fixa confortavelmente à pele, permitindo o monitoramento não invasivo de longo prazo. Ele pode realizar o mapeamento tridimensional da hemoglobina com um submilimetro resolução espacial em tecidos profundos, até centímetros abaixo da pele, em comparação com outros dispositivos eletroquímicos vestíveis que detectam apenas as biomoléculas na superfície da pele. Pode alcançar alto contraste com outros tecidos. Devido à sua seletividade óptica, pode expandir a gama de moléculas detectáveis, integrando diferentes diodos laser com diferentes comprimentos de onda, juntamente com suas potenciais aplicações clínicas.

O patch é equipado com matrizes de diodos laser e transdutores piezoelétricos em sua matriz de polímero de silicone macio. Os diodos laser emitem lasers pulsados ​​nos tecidos. As biomoléculas no tecido absorvem a energia óptica e irradiam ondas acústicas para os meios circundantes.

“Os transdutores piezelétricos recebem as ondas acústicas, que são processadas em um sistema elétrico para reconstruir o mapeamento espacial das biomoléculas emissoras de ondas”, disse Xiaoxiang Gao, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Xu e coautor do estudo.

“Com seus pulsos de laser de baixa potência, também é muito mais seguro do que as técnicas de raios X com radiação ionizante”, disse Hongjie Hu, pesquisador de pós-doutorado no grupo Xu e coautor do estudo.

Com base em seu sucesso até agora, a equipe planeja desenvolver ainda mais o dispositivo, incluindo a redução do sistema de controle de back-end para um dispositivo de tamanho portátil para condução de diodo laser e aquisição de dados, expandindo bastante sua flexibilidade e potencial utilidade clínica.

Eles também planejam explorar o potencial do wearable para monitoramento da temperatura central. “Como a amplitude do sinal fotoacústico é proporcional à temperatura, demonstramos o monitoramento da temperatura central em experimentos ex-vivo”, disse Xu. “No entanto, validar o monitoramento da temperatura central no corpo humano requer calibração interventiva.”

Eles continuam a trabalhar com os médicos para buscar aplicações clínicas mais potenciais.