Pesquisadores da Escola de Engenharia da Universidade Tufts e da Universidade de Boston fabricaram e caracterizaram as primeiras estruturas de metamateriais de grande área padronizadas em implantáveis, substratos de seda biocompatíveis.

A pesquisa na revista Materiais avançados , fornece um caminho promissor para o desenvolvimento de uma nova classe de biossensores e biodetectores implantáveis ​​inspirados em metamateriais.

Metamateriais são compostos eletromagnéticos artificiais, normalmente feito de metais altamente condutores, cujas estruturas respondem a ondas eletromagnéticas de maneiras que os átomos em materiais naturais não respondem. Os metamateriais mais futuristas absorveriam toda a luz, para criar calor para destruir o tecido canceroso, ou dobrar a luz completamente em torno de um objeto, tornando esse objeto invisível - um deleite imaginário para fãs de ficção científica ou romances de espionagem.

"Contudo, o verdadeiro poder dos metamateriais é a possibilidade de construir materiais com uma resposta eletromagnética projetada pelo usuário em uma frequência alvo controlada com precisão. Isso abre a porta para novos comportamentos eletromagnéticos, como índice de refração negativo, lente perfeita, absorventes perfeitos e mantos de invisibilidade, "explica o professor de Engenharia Biomédica da Tufts, Fiorenzo Omenetto, que liderou a equipe de pesquisa. Omenetto também tem um cargo no Departamento de Física da Tufts School of Arts and Sciences.

A equipe se concentrou em compostos de seda de metamaterial que são ressonantes na frequência terahertz. Esta é a frequência em que muitos agentes químicos e biológicos mostram "impressões digitais únicas, ", que poderia ser potencialmente usado para biossensorio.

Antenas pequenas agem como uma

Os pesquisadores pulverizaram estruturas de metamateriais à base de ouro diretamente em filmes de seda pré-fabricados com estênceis microfabricados usando uma técnica de evaporação de máscara de sombra. Pulverizar o metamaterial sobre os filmes de seda flexíveis criou um composto tão flexível que poderia ser embrulhado em pequenos cilindros em forma de cápsula.

Os filmes de seda são altamente transparentes nas frequências THz, portanto, os compostos de seda de metamaterial exibem uma forte resposta eletromagnética ressonante. Cada amostra fabricada tinha 1 centímetro quadrado e continha 10, 000 ressonadores de metamaterial com resposta ressonante única nas frequências desejadas.

De acordo com Fiorenzo Omenetto, a equipe de pesquisa compara o conceito a "um tipo muito peculiar de antena - na verdade, muitas antenas pequenas que se comportam como uma só. O composto de metamaterial de seda é sensível às propriedades dielétricas do substrato de seda e pode monitorar a interação entre a seda e o ambiente local. Por exemplo, o metamaterial pode sinalizar mudanças em um substrato de seda biorreativo que foi dopado com proteínas ou enzimas. "

A adição de um substrato biológico puro, como seda, ao metamaterial de ouro adiciona imensa latitude e oportunidade para aplicações imprevistas, diz o professor Richard Averitt, um dos colaboradores de Omenetto da Boston University e um especialista em metamateriais.

A resposta de ressonância pode ser usada como uma assinatura eletromagnética implantável para agentes de contraste ou aplicações de bio-rastreamento, diz o co-autor Hu Tao, um ex-aluno de pós-graduação da Universidade de Boston que agora é pós-doutorado associado no laboratório de Omenetto.

Bio-sensoriamento in situ

Para demonstrar o conceito, os pesquisadores conduziram uma série de experimentos in vitro que examinaram a resposta eletromagnética dos metamateriais de seda quando implantados sob finas fatias de tecido muscular. Eles descobriram que os metamateriais mantiveram suas novas propriedades de ressonância enquanto implantados. O mesmo processo pode ser prontamente adaptado para fabricar metamateriais de seda em outras frequências, de acordo com Tao.

"Nossa abordagem oferece uma grande promessa para aplicações como bio-sensoriamento in situ com dispositivos médicos implantados e a transmissão de informações médicas de dentro do corpo humano, "diz Omenetto." Imagine os benefícios de monitorar a taxa de liberação de drogas de um stent cardíaco com eluição de droga, fazendo um absorvente perfeito que pode ser implantado para atacar o tecido doente pelo calor, ou enrolar uma 'capa de invisibilidade' em torno de um órgão para examinar o tecido por trás dele. "