Pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Universidade Purdue inventaram e estão desenvolvendo dispositivos médicos não invasivos para tornar o monitoramento e o tratamento de certas condições fisiológicas e psicológicas mais oportunos e precisos.



Wenzhuo Wu, professor associado de engenharia industrial Ravi e Eleanor Talwar Rising Star, disse que o monitoramento repetido e não invasivo dos níveis de ácido úrico (UA) no suor humano por longos períodos de tempo pode permitir o diagnóstico, a terapia e o prognóstico sem precedentes de várias condições, incluindo ansiedade e hipertensão.

“Minha equipe e eu criamos novos sensores não invasivos e vestíveis que monitoram os níveis de ácido úrico no suor humano”, disse Wu. “Esses sensores com patente pendente, chamados EPICS, têm maior sensibilidade e melhor usabilidade e podem ser feitos de materiais mais baratos do que os sensores tradicionais que medem os níveis de ácido úrico”.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na Nano Energy.

O impacto do ácido úrico

Wu disse que o AU é produzido no corpo humano como um produto final do metabolismo das purinas. Também atua como um alarme que desencadeia a inflamação como uma resposta imunológica.

"A variação na concentração de AU pode indicar doenças fisiológicas como gota, hiperuricemia e hipertensão, bem como condições psicológicas como ansiedade e depressão", disse Wu.

"Estudos recentes relatam que as doenças fisiológicas associadas a níveis anormais de AU afetam aproximadamente 1% a 4% da população mundial e custam mais de US$ 20 bilhões em despesas médicas anuais. As condições psicológicas associadas a níveis anormais de AU afetam 8,74% da população dos EUA e custa anualmente US$ 33,7 bilhões em despesas médicas relacionadas."

Desvantagens do monitoramento tradicional de ácido úrico

Wu explicou que existem medidas clínicas bem estabelecidas dos níveis de AU no sangue utilizado para controle do metabolismo e nutrição. Ele também disse que eles têm desvantagens.

“A natureza intrusiva da coleta de sangue e o atraso entre a coleta e a análise das amostras são grandes obstáculos, especialmente para tratamentos remotos personalizados, como prevenção de crises e controle nutricional just-in-time”, disse Wu. “O monitoramento dos níveis de AU em amostras de suor tem a vantagem de ser não invasivo e oferecer resultados em tempo real”.

Wu disse que os atuais sensores vestíveis para medir os níveis de AU no suor têm várias limitações, incluindo processos de fabricação complicados, instrumentos sofisticados, matérias-primas caras e desempenho insatisfatório.

"Os níveis de AU no suor de um ser humano saudável são significativamente mais baixos do que os níveis de AU no sangue. Isto significa que os sensores devem ter limites de detecção superiores", disse Wu. “Além disso, o monitoramento contínuo requer contato íntimo entre o sensor UA e a pele humana, o que impõe requisitos adicionais para a usabilidade dos sensores”.

Sensores EPICS

Wu e sua equipe desenvolveram EPICS, sensores flexíveis e não invasivos que monitoram o ácido úrico no suor humano. Eles criaram os sensores a partir de óxido de zinco, um material não tóxico, biocompatível e eletroquimicamente ativo.

"Nosso projeto permite a possibilidade de monitoramento não invasivo da AU com um desempenho aprimorado por energia mecânica desperdiçada, como a do corpo humano", disse Wu. "Os princípios piezoeletrocatalíticos fundamentais também podem ser estendidos a outros materiais piezoelétricos com propriedades catalíticas para detecção de alto desempenho nas áreas biomédica, farmacêutica e agrícola."

Wu e sua equipe testaram o EPICS no Flex Lab da Purdue University desde o verão de 2021. Ele disse que os resultados mostram que o EPICS superou os sensores UA tradicionais nos testes.

"Demonstramos que os dispositivos EPICS alcançam um aumento de quatro vezes no desempenho de detecção de UA com uma pequena tensão compressiva impulsionada por piezoeletrocatálise durante a oxidação eletroquímica de UA nas superfícies de nanobastões de óxido de zinco mecanicamente deformados", disse Wu. "Os dispositivos EPICS exibiram sensibilidade e limite de detecção superiores, superando todos os sensores UA eletroquímicos flexíveis relatados."

Wu e a equipe de pesquisa realizarão testes adicionais para validar a detecção corporal do EPICS e avaliar o desempenho do sensor ao longo do tempo.

Mais informações: Jing Jiang et al, Sensor flexível de ácido úrico piezoeletrocatalítico, Nano Energy (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108978
Informações do diário: Nanoenergia

Fornecido pela Purdue University