Esta imagem em close-up mostra detalhes do ultrafino, sensor de baixo perfil para monitorar o fluxo sanguíneo no cérebro. Crédito:Georgia Tech
Um sensor sem fio pequeno o suficiente para ser implantado nos vasos sanguíneos do cérebro humano pode ajudar os médicos a avaliar a cura dos aneurismas - protuberâncias que podem causar morte ou ferimentos graves se estourarem. O sensor extensível, que funciona sem baterias, seria envolvido em torno de stents ou desviadores implantados para controlar o fluxo sanguíneo nos vasos afetados pelos aneurismas.
Para reduzir custos e acelerar a fabricação, a fabricação dos sensores extensíveis usa impressão 3D em jato de aerossol para criar traços condutores de prata em substratos elastoméricos. A técnica de manufatura aditiva 3-D permite a produção de recursos eletrônicos muito pequenos em uma única etapa, sem usar processos tradicionais de litografia de várias etapas em uma sala limpa. Acredita-se que o dispositivo seja a primeira demonstração de impressão 3D em jato de aerossol para produzir um implante, sistema de detecção extensível para monitoramento sem fio.
"A beleza do nosso sensor é que ele pode ser perfeitamente integrado aos stents médicos existentes ou desviadores de fluxo que os médicos já estão usando para tratar aneurismas, "disse Woon-Hong Yeo, professor assistente na Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff da Georgia Tech e no Departamento de Engenharia Biomédica Wallace H. Coulter da Georgia Tech and Emory University. "Poderíamos usá-lo para medir um fluxo sanguíneo de entrada para o saco aneurismático para determinar o quão bem o aneurisma está cicatrizando, e para alertar os médicos se o fluxo sanguíneo mudar. "
Inserido usando um sistema de cateter, o sensor usaria acoplamento indutivo de sinais para permitir a detecção sem fio da hemodinâmica biomimética do aneurisma cerebral. A pesquisa foi relatada em 7 de agosto na revista. Ciência Avançada .
O monitoramento do progresso dos aneurismas cerebrais agora requer repetidas imagens de angiogramas usando materiais de contraste que podem ter efeitos colaterais prejudiciais. Por causa do custo e dos potenciais efeitos negativos, o uso da técnica de imagem deve ser limitado. Contudo, um sensor colocado em um vaso sanguíneo poderia permitir avaliações mais frequentes sem o uso de corantes de imagem.
O sensor de fluxo sanguíneo sem fio é extensível, permitindo que se adapte a um stent para implantação. Crédito:Georgia Tech
"Para pacientes que realizaram um procedimento, seríamos capazes de dizer se o aneurisma está obstruindo como deveria, sem o uso de quaisquer ferramentas de imagem, "Yeo disse." Seremos capazes de medir com precisão o fluxo sanguíneo para detectar mudanças tão pequenas quanto 0,05 metros por segundo.
O sensor de seis camadas é fabricado em poliimida biocompatível, duas camadas separadas de um padrão de malha produzida a partir de nanopartículas de prata, um material encapsulante de polímero dielétrico e macio. O sensor seria enrolado em torno do stent ou desviador de fluxo, que deve ter menos de dois ou três milímetros de diâmetro para caber nos vasos sanguíneos.
O sensor inclui uma bobina para captar a energia eletromagnética transmitida de outra bobina localizada fora do corpo. O sangue que flui através do sensor implantado muda sua capacitância, que altera os sinais que passam pelo sensor em seu caminho para uma terceira bobina localizada fora do corpo. No laboratório, Yeo e seus colaboradores mediram as mudanças de capacitância a seis centímetros de um sensor implantado na carne para simular o tecido cerebral.
"A taxa de fluxo está muito bem correlacionada com a mudança de capacitância que podemos medir, "Yeo disse." Tornamos o sensor muito fino e deformável para que ele possa responder a pequenas mudanças no fluxo sanguíneo.
O uso da técnica de impressão 3-D por jato de aerossol foi essencial para produzir os componentes eletrônicos elásticos e flexíveis necessários para o sensor. A técnica usa um spray de partículas de aerossol para criar padrões, permitindo tamanhos de recursos mais estreitos do que a impressão a jato de tinta convencional.
Os sensores sem fio são produzidos usando uma impressora 3D de jato de aerossol. Um exemplo do filme de nanopartículas de prata é mostrado à direita. Crédito:Georgia Tech
"Podemos controlar a velocidade de impressão, a largura de impressão, e a quantidade de material sendo jateado, "Yeo disse." Os parâmetros podem ser otimizados para cada material, e podemos usar materiais que possuem uma ampla gama de viscosidades. "
Como o sensor pode ser fabricado em uma única etapa, sem instalações caras de sala limpa, poderia ser fabricado em maior volume com menor custo.
A próxima fase do sensor de aneurisma será capaz de medir a pressão sanguínea no vaso junto com as taxas de fluxo. "Seremos capazes de medir como a pressão contribui para a mudança de fluxo, "Yeo explicou." Isso permitiria que o dispositivo fosse usado para outras aplicações, como medições de pressão intracraniana. "
A equipe de pesquisa de Yeo também desenvolveu um monitor de saúde flexível e vestível, capaz de fornecer ECG e outras informações. Ele diz que o sucesso da técnica de monitoramento demonstra o potencial para eletrônicos leves sem fio inteligentes e conectados baseados em nanomateriais, mecânica extensível, e algoritmos de aprendizado de máquina.
"Estamos entusiasmados que as pessoas agora estão reconhecendo o potencial desta tecnologia, " Yeo added. "There are a lot of opportunities to integrate this sensing mechanism into ultrathin membranes that are implantable within the body."
