Pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram um novo tipo de eletrodo de monitoramento de saúde que exibe adesão ideal à pele e pode registrar sinais de alta qualidade. Dois jovens fundadores de spin-offs querem transformá-lo em um produto comercializável ainda este ano.

Qualquer pessoa que já fez um eletrocardiograma - por exemplo, para verificar a aptidão do coração - estará familiarizado com os eletrodos que o médico coloca no tórax. Contudo, os modelos convencionais de eletrodos têm desvantagens consideráveis:eletrodos de metal duro são desconfortáveis ​​de usar e não são adequados para fazer medições por períodos mais longos. Eletrodos de gel, o tipo mais comumente usado na prática clínica diária, frequentemente causam irritação na pele ou mesmo reações alérgicas nos pacientes.

Agora, Pesquisadores ETH liderados por Janos Vörös, Professor de Bioeletrônica, e Christopher Hierold, Professor de Micro e Nanosistemas, encontraram uma solução. Eles desenvolveram um eletrodo que é tão elástico quanto a pele, de modo que é quase imperceptível para o usuário. A estrutura de superfície especial permite que os sinais do coração e do cérebro sejam registrados em alta qualidade. Os pesquisadores publicaram recentemente detalhes de seu trabalho na revista. Materiais Avançados de Saúde .

Inspirado pela natureza

Para o novo eletrodo, os pesquisadores usaram um material macio - uma mistura não irritante de borracha de silicone e partículas condutoras de prata - que resultou de um projeto de pesquisa anterior do grupo de Vörös. Para a estrutura da superfície, os cientistas buscaram inspiração na natureza:eles usaram o mecanismo que permite aos gafanhotos andarem mesmo em superfícies verticais.

As solas dos pés desses insetos são cobertas por inúmeras pequenas almofadas, que parecem cabeças de cogumelos sob um microscópio e são organizadas como um mosaico. Quando eles entram em contato com outra superfície, ocorre um efeito adesivo, conhecido em termos técnicos como interação de Van der Waals.

Os pesquisadores aplicaram esta microestrutura ao seu material, criando uma superfície de eletrodo que adere à pele. Além disso, a geometria especial no nível microscópico maximiza a superfície de contato entre a pele e o eletrodo, permitindo que os sinais sejam gravados em alta qualidade.

Da sala limpa à piscina

Os pesquisadores criaram os protótipos em uma sala limpa usando um processo de fabricação especialmente desenvolvido. Eles revestiram uma camada de base com duas tintas diferentes e a cobriram com uma máscara precisamente perfurada. Então, eles expuseram a amostra à luz, o que tornou a pintura sensível à luz superior diretamente abaixo das perfurações solúvel. Próximo, eles o imergiram em uma solução química que atacou as áreas solúveis da camada superior de tinta primeiro, antes de passar para a segunda camada de tinta. Nesta fase, os pesquisadores pararam o processo de degradação precisamente no ponto certo para criar o molde de fundição com nada além de cabeças de cogumelo invertidas. Quando lançado, isto produziu uma superfície de eletrodo adesiva especificamente estruturada.

Para verificar se os eletrodos funcionam mesmo em condições desafiadoras, os pesquisadores os testaram em um nadador. Devido à resistência à água e aos movimentos vigorosos envolvidos na natação, esta é considerada uma disciplina particularmente desafiadora para monitoramento de desempenho por meio de eletrodos. Os resultados foram impressionantes:a qualidade dos sinais registrados pelos novos eletrodos era significativamente melhor do que a dos eletrodos de gel também usados ​​pelo nadador. Enquanto isso, O serviço de resgate do lago de Zurique já demonstrou interesse nos novos eletrodos e os está usando como parte de um estudo em andamento.

Além de eletrodos para registrar curvas de débito cardíaco (eletrocardiogramas ou ECG), os pesquisadores também desenvolveram um eletrodo para medição de sinais cerebrais, conhecido como eletroencefalografia (EEG). A combinação de materiais é a mesma para os dois tipos de eletrodo, mas as estruturas diferem:os eletrodos de EEG não precisam da microestrutura adesiva, uma vez que são fixados por meio de uma tampa. Em vez de, sua superfície é dotada de várias espinhas de dois a quatro milímetros de altura que permitem o contato com o couro cabeludo mesmo através de cabelos grossos. Assim, barbear e gel não são necessários.

Próxima etapa:industrialização

Séverine Chardonnens e Simon Bachmann, dois dos autores do estudo, estavam convencidos do potencial de mercado de tais eletrodos desde o início. Mesmo antes de concluir o mestrado, eles seguiram em frente com a ideia de abrir sua própria empresa - e foram bem-sucedidos:os dois jovens e talentosos cientistas foram aceitos nos programas de financiamento Venture Kick e CTI e já ganharam uma boa quantidade de capital inicial por meio de competições de start-ups.

Após o desenvolvimento bem-sucedido do eletrodo protótipo e a fundação oficial da IDUN Technologies como um spin-off da ETH em novembro de 2017, Chardonnens e Bachmann estão agora avaliando em qual aplicação eles devem se concentrar primeiro. Eles estão envolvidos em intensas discussões com uma variedade de parceiros da indústria e grupos de pesquisa. "A comercialização vale a pena em aplicações onde os novos eletrodos oferecem as maiores vantagens sobre os modelos existentes, "diz Bachmann." Vemos potencial no monitoramento de pacientes a longo prazo, no monitoramento do desempenho esportivo e no mercado de EEG. "

Depois que a questão da orientação estratégica for resolvida, Chardonnens se concentrará no processo de industrialização em seu papel como desenvolvedor-chefe, enquanto Bachmann se concentrará principalmente na aquisição de parceiros e clientes em sua capacidade de CEO. "Se tudo correr como planejado, poderemos vender os primeiros eletrodos já neste ano, "diz Chardonnens.