p A tecnologia de detecção vestível é um elo essencial na medicina personalizada, onde os pesquisadores devem rastrear vários analitos dentro do corpo simultaneamente, para obter um quadro completo da saúde humana. Em um novo relatório sobre Avanços da Ciência , Yingli Wang e uma equipe de cientistas em biossistemas, engenharia e ciência da informação na Universidade de Cambridge e na Universidade de Zhejiang no Reino Unido e na China, apresentou um sensor eletrônico-plasmônico vestível com capacidade de reconhecimento molecular "universal". A equipe apresentou metassuperfícies plasmônicas flexíveis com atividade de espalhamento Raman aprimorado pela superfície (SERS) como o componente de detecção fundamental. O sistema continha um processo flexível de extração de suor para extrair de forma não invasiva e impressões digitais de analitos dentro do corpo com base em seus espectros de espalhamento Raman exclusivos. Como prova de conceito, eles monitoraram com sucesso quantidades variáveis ​​de traços de drogas dentro do corpo para obter um perfil metabólico individual de drogas. O sensor preencheu a lacuna na tecnologia de detecção vestível para fornecer um universal, processo de rastreamento molecular sensível para avaliar a saúde humana. p Tecnologia de sensor vestível

p Wang et al. apresentou uma plataforma de detecção eletrônica integrada plasmonic vestível com uma capacidade de reconhecimento quase "universal". Sensores vestíveis fornecem um link para o futuro da medicina personalizada, mas esses sensores devem superar uma incompatibilidade fundamental entre uma superfície elástica rígida e macia para laminar em biointerfaces, como a pele, olho, nervo e dente para avaliar perfeitamente a saúde humana. Os dispositivos permitem que os pesquisadores avaliem continuamente os sinais vitais, incluindo a frequência cardíaca e a temperatura corporal, transpiração e atividades físicas. Apesar do sucesso dos sensores físicos vestíveis, técnicas de rastreamento de moléculas não invasivas que fornecem informações sobre a dinâmica do corpo humano em nível molecular ainda precisam ser realizadas. Esses recursos são vitais para a medicina de precisão personalizada. Neste caso, Wang et al. teve como objetivo desenvolver uma nova estratégia com especificidade de alvo universal em vez de ter um alvo sozinho para rastrear simultaneamente vários alvos. A equipe desenvolveu uma nova plataforma usando uma metassuperfície plasmônica ativa de espectroscopia Raman de superfície aprimorada flexível (SERS) para servir como o principal componente de detecção e um sistema eletrônico flexível para extrair automaticamente suor e analitos do corpo.

p O mecanismo de ação e o desenvolvimento do sensor

p A equipe tirou as impressões digitais do espectro SERS exclusivo usando o sensor vestível. Como prova de conceito, eles detectaram a variação das concentrações de drogas no corpo humano para obter o perfil metabólico de um indivíduo. O sensor vestível integrado preencheu a lacuna existente no diagnóstico personalizado para rastreamento em tempo real de importantes compostos bioquímicos. Os cientistas usaram a plataforma de detecção para monitorar pistas fisiológicas ou concentrações de drogas no corpo humano para obter o perfil metabólico de uma droga de um indivíduo. Então, usando o sensor vestível integrado, eles monitoraram pistas fisiológicas ou concentrações de drogas em um sistema de entrega de drogas de feedback de circuito fechado.

p O dispositivo de detecção vestível integrado com metamaterial plasmônico continha dois componentes principais, incluindo uma fina camada de hidrogel carregada com moléculas para estimular as secreções das glândulas sudoríparas. A equipe anexou essas construções a dois eletrodos de malha fractal espiral para servir como o componente de extração de suor. Wang et al. utilizou o processo de iontoforese (liberação transdérmica de fármacos) para esta extração; amplamente utilizado como método não invasivo de amostragem de suor em dispositivos para fins diagnósticos e terapêuticos. Eles formaram um meta-filme plasmônico usando uma superrede de nanocubo de prata ordenada para servir como o componente de detecção montado na configuração experimental. Os fortes campos eletromagnéticos localizados no nanocubo deram origem ao efeito SERS (espalhamento Raman aprimorado pela superfície) para detectar moléculas que se aproximam da superfície do metafilme. Eles colocaram os dois componentes em um filme de polímero de módulo ultrabaixo para formar um fino suporte respirável e fisicamente resistente para adesão à pele não irritante. Usando os eletrodos, a equipe aplicou uma leve corrente elétrica para entregar cloreto de acetilcolina na camada de hidrogel às glândulas sudoríparas de secreção para rápida, geração de suor localizada.

p O componente de detecção SERS e as propriedades mecânicas do sensor vestível

p O sensor do dispositivo vestível dependia do efeito SERS gerado pelo metafilme de superrede de nanocubo de prata ordenado, com base no qual a equipe detectou o alvo de interesse no suor extraído. Inicialmente, eles montaram uma única camada da matriz de nanocubos compactados na interface líquido / ar e, subsequentemente, transformaram a construção em um suporte de polímero flexível e fino. Os cientistas então verificaram o tamanho médio da lacuna entre os nanocubos usando imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (TEM) e realizaram simulações numéricas de domínio de diferença finita (FDTD). A complacência mecânica e o contato com a pele do metafilme permitiram medições de alta fidelidade. A equipe então desenvolveu o filme SERS e o transferiu para um hidrogel carregado com um agente agonista ligado a eletrodos de malha fractal. Eles usaram um design espiral ultrafino para aumentar a tolerância do sistema indutor de suor às deformações mecânicas e realizaram isso desenvolvendo um estágio de design de "ilha interconectada" para formar um filme SERS quebradiço com um sistema eletrônico macio e elástico. A equipe confirmou a durabilidade da eletrônica após 100 ciclos de teste, sem qualquer degradação de sinal observável para cumprir perfeitamente as funções exigidas de um sensor vestível.

p Aplicação de sensoriamento biológico

p Wang et al. em seguida, recrutou voluntários saudáveis ​​para medições in vivo (fisiológicas) para demonstrar a capacidade de extração de suor do dispositivo. Os cientistas usaram a nicotina como medicamento modelo e monitoraram a concentração real do medicamento na pele em relação à administração do medicamento, captação e taxa metabólica por indivíduo. Durante os experimentos, eles usaram um sensor SERS vestível acoplado a uma fonte de alimentação compacta e unidade de controle sem fio no antebraço dos voluntários. O dispositivo mostrou o espectro SERS da nicotina no suor para corresponder ao espectro do padrão de nicotina. Os resultados indicaram como o sensor treinou o comportamento metabólico da nicotina para permitir a capacidade do sensor vestível de monitorar a farmacocinética dinâmica dos medicamentos e seu perfil metabólico. O sensor, Contudo, apenas alvos efetivamente detectados armazenados na subepiderme rasa; Portanto, os pesquisadores precisarão entender como esse valor se correlaciona com as concentrações da droga no sangue ou fluido intersticial durante estudos posteriores.

p Panorama

p Desta maneira, Yingli Wang e seus colegas exibiram um sensor integrado eletrônico-plasmônico vestível como um dispositivo vestível de última geração. Quando comparados aos sensores eletroquímicos vestíveis existentes, este sensor apresentou especificidade de alvo mais ampla e maior estabilidade. O dispositivo integrado preencheu a lacuna existente em diagnóstico personalizado e medicina de precisão para rastrear moléculas importantes dentro do corpo em tempo real. A equipe propôs aplicativos para monitorar pistas fisiológicas e concentrações de drogas em um sistema de fornecimento de drogas de feedback de circuito fechado e espera que o sensor vestível inspire uma variedade de aplicações multidisciplinares. p © 2021 Science X Network