Implantes inteligentes de joelho podem em breve ser uma realidade graças à pesquisa conduzida por uma equipe que inclui professores da Binghamton University, Universidade Estadual de Nova York.

A cirurgia de substituição do joelho é o procedimento de substituição articular mais comum, com o número de cirurgias aumentando a cada ano. Muitas dessas cirurgias são feitas para substituir um implante antigo ou desgastado. Cada vez mais, esta cirurgia está sendo realizada para mais jovens, pacientes mais ativos que enfrentam um dilema. Quando eles se submetem à cirurgia, espera-se que permaneçam fisicamente ativos para sua saúde geral, mas essa atividade também pode desgastar o novo implante. Muitas vezes, os médicos não sabem se os pacientes estão se esforçando demais até começarem a desenvolver os sintomas. Nesse ponto, o dano ao implante já foi feito. Para um jovem paciente, passar por uma cirurgia de substituição do joelho a cada cinco ou 10 anos é uma tarefa difícil, mas encontrar o equilíbrio perfeito dos níveis de atividade para manter a integridade do implante tem sido igualmente assustador.

Os pesquisadores decidiram que era hora de criar implantes de joelho mais inteligentes que pudessem monitorar as mudanças na atividade conforme aconteciam. A professora assistente Sherry Towfighian da Binghamton University atuou como a principal investigadora do estudo, que tem sido apoiado pelo National Institutes of Health (NIH).

"Estamos trabalhando em um implante de joelho que tem sensores integrados que podem monitorar quanta pressão está sendo colocada no implante para que os médicos possam ter uma compreensão mais clara de quanta atividade está afetando negativamente o implante, "disse Towfighian.

Os sensores permitem que os médicos avisem aos pacientes quando um determinado movimento se tornou excessivo para o implante, para que os pacientes possam se ajustar rapidamente e evitar mais danos ao implante. Isso os ajuda a encontrar o ponto ideal de atividade para cada paciente em particular.

Enquanto os sensores resolveram um problema, eles trouxeram outro. Os pesquisadores não queriam alimentar os sensores com uma bateria que poderia precisar ser substituída periodicamente e, portanto, derrotar o propósito de um implante inteligente. Em vez de, eles trabalharam em um mecanismo de captação de energia que pode movimentar o implante de joelho. Wathiq Ibrahim, um pós-doutorado no grupo de Towfighian, desenvolveu um protótipo do coletor de energia e testou-o em uma máquina de testes mecânicos para examinar sua saída sob cargas de corpo equivalentes.

Eles usaram energia triboelétrica, um tipo de energia que é coletada do atrito. Uma vez que alguém anda, o atrito das micro-superfícies que entram em contato umas com as outras pode ser usado para alimentar os sensores de carga.

O professor associado Emre Salman, da Stony Brook University, projetou o circuito e determinou que ele precisaria de 4,6 microwatts. O teste preliminar mostrou que a caminhada de uma pessoa média produzirá seis microwatts de energia, mais do que suficiente para alimentar os sensores. Esta parte da pesquisa foi complementada pelo Professor Assistente Ryan Willing, da University of Western Ontario, que trabalhou no design do implante e na embalagem do sensor.

Esses implantes inteligentes não só darão feedback aos médicos, mas ajudarão os pesquisadores no desenvolvimento de futuros implantes. "Os sensores nos dirão mais sobre as demandas que são colocadas nos implantes, e com esse conhecimento, os pesquisadores podem começar a melhorar ainda mais os implantes, "disse Towfighian.

Towfighian tem esperança de que a combinação de sensores de atividade e um sistema autoalimentado aumentará a vida útil dos implantes de joelho e reduzirá a necessidade de cirurgias de acompanhamento. Para pacientes jovens que procuram a possibilidade de cirurgia de substituição do joelho, este desenvolvimento tem o potencial de mudar vidas.

A pesquisa foi publicada em Materiais e estruturas inteligentes .