p Cientistas da Universidade de Princeton usaram ferramentas de impressão prontas para criar um ouvido funcional que pode "ouvir" frequências de rádio muito além do alcance da capacidade humana normal. p O objetivo principal dos pesquisadores era explorar um meio eficiente e versátil de mesclar a eletrônica com o tecido. Os cientistas usaram impressão 3D de células e nanopartículas seguida de cultura de células para combinar uma pequena antena em espiral com cartilagem, criando o que eles chamam de ouvido biônico.

p "Em geral, existem desafios mecânicos e térmicos na interface de materiais eletrônicos com materiais biológicos, "disse Michael McAlpine, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial em Princeton e pesquisador principal. "Anteriormente, pesquisadores sugeriram algumas estratégias para adaptar a eletrônica de modo que essa fusão seja menos complicada. Isso normalmente acontece entre uma folha de eletrônicos 2D e uma superfície do tecido. Contudo, nosso trabalho sugere uma nova abordagem - construir e desenvolver a biologia com a eletrônica de forma sinérgica e em um formato 3D entrelaçado. "

p A equipe de McAlpine fez vários avanços nos últimos anos envolvendo o uso de sensores médicos e antenas de pequena escala. Ano passado, um esforço de pesquisa liderado por McAlpine e Naveen Verma, um professor assistente de engenharia elétrica, e Fio Omenetto da Tufts University, resultou no desenvolvimento de uma "tatuagem" composta por um sensor biológico e uma antena que pode ser fixada na superfície de um dente.

p Este projeto, Contudo, é o primeiro esforço da equipe para criar um órgão totalmente funcional:um que não apenas replique a capacidade humana, mas estende-o usando eletrônicos embutidos

p "O projeto e a implementação de órgãos e dispositivos biônicos que aprimoram as capacidades humanas, conhecido como cibernética, tem sido uma área de crescente interesse científico, "os pesquisadores escreveram no artigo publicado na revista científica Nano Letras . “Este campo tem potencial para gerar peças de reposição customizadas para o corpo humano, ou mesmo criar órgãos contendo capacidades além do que a biologia humana normalmente fornece. "

p A engenharia de tecidos padrão envolve a semeadura de tipos de células, como aqueles que formam a cartilagem da orelha, em um andaime de um material polimérico denominado hidrogel. Contudo, os pesquisadores disseram que essa técnica tem problemas para replicar estruturas biológicas tridimensionais complicadas. A reconstrução da orelha "continua sendo um dos problemas mais difíceis no campo da cirurgia plástica e reconstrutiva, " eles escreveram.

p Para resolver o problema, a equipe optou por uma abordagem de manufatura chamada impressão 3D. Essas impressoras usam design assistido por computador para conceber objetos como matrizes de fatias finas. A impressora então deposita camadas de uma variedade de materiais - de plástico a células - para formar um produto acabado. Os proponentes dizem que a manufatura aditiva promete revolucionar as indústrias domésticas, permitindo que pequenas equipes ou indivíduos criem trabalhos que antes só podiam ser feitos pelas fábricas.

p A criação de órgãos usando impressoras 3D é um avanço recente; vários grupos relataram o uso da tecnologia para essa finalidade nos últimos meses. Mas esta é a primeira vez que os pesquisadores demonstraram que a impressão 3D é uma estratégia conveniente para entrelaçar o tecido com a eletrônica.

p A técnica permitiu aos pesquisadores combinar a eletrônica da antena com o tecido dentro da topologia altamente complexa de um ouvido humano. Os pesquisadores usaram uma impressora 3D comum para combinar uma matriz de hidrogel e células da panturrilha com nanopartículas de prata que formam uma antena. As células da panturrilha posteriormente se desenvolvem em cartilagem.

p Manu Mannoor, um estudante de graduação no laboratório de McAlpine e o principal autor do artigo, disse que a manufatura aditiva abre novas maneiras de pensar a integração da eletrônica com o tecido biológico e possibilita a criação de verdadeiros órgãos biônicos em forma e função. Ele disse que pode ser possível integrar sensores em uma variedade de tecidos biológicos, por exemplo, para monitorar o estresse no menisco do joelho de um paciente.

p David Gracias, professor associado da Johns Hopkins e co-autor da publicação, disse que fazer a ponte entre a biologia e a eletrônica representa um desafio formidável que precisa ser superado para permitir a criação de próteses e implantes inteligentes.

p "As estruturas biológicas são moles e moles, composto principalmente de água e moléculas orgânicas, enquanto os dispositivos eletrônicos convencionais são duros e secos, composto principalmente de metais, semicondutores e dielétricos inorgânicos, "disse ele." As diferenças nas propriedades físicas e químicas entre essas duas classes de materiais não poderiam ser mais pronunciadas. "

p A orelha acabada consiste em uma antena enrolada dentro de uma estrutura de cartilagem. Dois fios saem da base da orelha e se enrolam em uma "cóclea" helicoidal - a parte da orelha que detecta o som - que pode se conectar a eletrodos. Embora McAlpine avise que mais trabalho e testes extensivos precisam ser feitos antes que a tecnologia possa ser usada em um paciente, ele disse que o ouvido, em princípio, pode ser usado para restaurar ou melhorar a audição humana. Ele disse que os sinais elétricos produzidos pelo ouvido podem ser conectados às terminações nervosas do paciente, semelhante a um aparelho auditivo. O sistema atual recebe ondas de rádio, mas ele disse que a equipe de pesquisa planeja incorporar outros materiais, como sensores eletrônicos sensíveis à pressão, para permitir que o ouvido registre sons acústicos.

p Além de McAlpine, Verma, Mannoor e Gracias, a equipe de pesquisa inclui:Winston Soboyejo, professor de engenharia mecânica e aeroespacial em Princeton; Karen Malatesta, um membro do corpo docente em biologia molecular em Princeton; Yong Lin Kong, um estudante de graduação em engenharia mecânica e aeroespacial em Princeton; e Teena James, um estudante de graduação em engenharia química e biomolecular na Johns Hopkins.

p A equipe também incluiu Ziwen Jiang, um estudante do ensino médio na Escola Peddie em Hightstown que participou de um programa de extensão para jovens pesquisadores no laboratório de McAlpine.

p "Ziwen Jiang é um dos alunos do ensino médio mais espetaculares que já vi, "McAlpine disse." Não teríamos sido capazes de concluir este projeto sem ele, particularmente em sua habilidade em dominar projetos CAD de orelhas biônicas. "