O dispositivo pode ser usado na parte superior do braço enquanto o usuário passa o dia. Crédito: Laboratório de Nanobioeletrônica / UC San Diego
Imagine ser capaz de medir seus níveis de açúcar no sangue, saber se você bebeu muito álcool e rastrear sua fadiga muscular durante um treino, tudo em um pequeno dispositivo usado em sua pele. Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) desenvolveram um protótipo de um wearable que pode monitorar continuamente várias estatísticas de saúde – níveis de glicose, álcool e lactato – simultaneamente em tempo real.
“Isto é como um laboratório completo na pele.” — Joseph Wang
O dispositivo multitarefa é apenas do tamanho de uma pilha de seis quartos. Ele é aplicado na pele através de um adesivo tipo velcro de agulhas microscópicas, ou microagulhas, cada uma com cerca de um quinto da largura de um fio de cabelo humano. Usar o dispositivo não é doloroso – as microagulhas mal penetram na superfície da pele para detectar biomoléculas no fluido intersticial, que é o fluido que envolve as células sob a pele. O dispositivo pode ser usado na parte superior do braço e envia dados sem fio para um aplicativo de smartphone personalizado.
Pesquisadores da UC San Diego Centro para sensores vestíveis descrever seu dispositivo em um artigo publicado hoje (9 de maio de 2022) na revista Natureza Engenharia Biomédica.
O dispositivo pode ser usado na parte superior do braço e envia dados sem fio para um aplicativo de smartphone personalizado. Crédito: Laboratório de Nanobioeletrônica / UC San Diego
“Isso é como um laboratório completo sobre a pele”, disse o diretor do centro Joseph Wang, professor de nanoengenharia da UC San Diego e coautor do artigo. “Ele é capaz de medir continuamente vários biomarcadores ao mesmo tempo, permitindo que os usuários monitorem sua saúde e bem-estar enquanto realizam suas atividades diárias.”
A maioria dos monitores de saúde comerciais, como monitores contínuos de glicose para pacientes com diabetes, medem apenas um sinal. O problema com isso, disseram os pesquisadores, é que deixa de fora informações que poderiam ajudar as pessoas com diabetes, por exemplo, a gerenciar sua doença de forma mais eficaz. Monitorar os níveis de álcool é útil porque o consumo de álcool pode diminuir os níveis de glicose. Conhecer os dois níveis pode ajudar as pessoas com diabetes a evitar que o açúcar no sangue caia muito depois de tomar uma bebida. Combinar informações sobre o lactato, que pode ser monitorado durante o exercício como biomarcador de fadiga muscular, também é útil porque a atividade física influencia a capacidade do organismo de regular a glicose.
“Com nosso wearable, as pessoas podem ver a interação entre seus picos ou quedas de glicose com sua dieta, exercícios e consumo de bebidas alcoólicas. Isso poderia aumentar sua qualidade de vida também”, disse Farshad Tehrani, Ph.D em nanoengenharia. estudante no laboratório de Wang e um dos co-primeiros autores do estudo.
Microagulhas fundidas com eletrônica
O wearable consiste em um patch de microagulhas conectado a uma caixa de eletrônicos. Diferentes enzimas nas pontas das microagulhas reagem com glicose, álcool e lactato no líquido intersticial. Essas reações geram pequenas correntes elétricas, que são analisadas por sensores eletrônicos e comunicadas sem fio a um aplicativo desenvolvido pelos pesquisadores. Os resultados são exibidos em tempo real em um smartphone.
O adesivo descartável de microagulhas se destaca do estojo eletrônico reutilizável. Crédito: Laboratório de Nanobioeletrônica / UC San Diego
Uma vantagem do uso de microagulhas é que elas amostram diretamente o fluido intersticial, e pesquisas mostraram que os níveis bioquímicos medidos nesse fluido se correlacionam bem com os níveis no sangue.
“Estamos começando em um lugar muito bom com essa tecnologia em termos de validade clínica e relevância”, disse Patrick Mercier, professor de engenharia elétrica e de computação da UC San Diego e co-autor correspondente do artigo. “Isso reduz as barreiras à tradução clínica.”
O patch de microagulhas, que é descartável, pode ser destacado do estojo eletrônico para fácil substituição. A caixa eletrônica, que é reutilizável, abriga a bateria, sensores eletrônicos, transmissor sem fio e outros componentes eletrônicos. O dispositivo pode ser recarregado em qualquer carregador sem fio usado para telefones e smartwatches.
O dispositivo pode ser recarregado em uma base de carregamento sem fio pronta para uso. Crédito: Laboratório de Nanobioeletrônica / UC San Diego
Integrar todos esses componentes em um pequeno dispositivo vestível sem fio foi um dos maiores desafios da equipe. Também exigiu algum design e engenharia inteligentes para combinar os eletrônicos reutilizáveis, que devem permanecer secos, com o remendo de microagulhas, que é exposto ao fluido biológico.
“A beleza disso é que é um sistema totalmente integrado que alguém pode usar sem estar preso ao equipamento de bancada”, disse Mercier, que também é co-diretor do Centro de Sensores Vestíveis da UC San Diego.
Teste
O wearable foi testado em cinco voluntários, que usaram o dispositivo na parte superior do braço, enquanto se exercitavam, comiam e bebiam um copo de vinho. O dispositivo foi usado para monitorar continuamente os níveis de glicose dos voluntários simultaneamente com seus níveis de álcool ou lactato. As medições de glicose, álcool e lactato feitas pelo dispositivo coincidiram com as medições feitas respectivamente por um monitor comercial de glicose no sangue, bafômetro e medições de lactato no sangue realizadas no laboratório.
Próximos passos
Farshad Tehrani e o co-primeiro autor Hazhir Teymourian, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Wang, co-fundaram uma startup chamada AquilX para desenvolver ainda mais a tecnologia para comercialização. As próximas etapas incluem testar e melhorar quanto tempo o adesivo de microagulhas pode durar antes de ser substituído. A empresa também está entusiasmada com a possibilidade de adicionar mais sensores ao dispositivo para monitorar os níveis de medicação em pacientes e outros sinais de saúde.
Referência: “Uma matriz de microagulhas vestível integrada para o monitoramento contínuo de vários biomarcadores no fluido intersticial” 9 de maio de 2022, Natureza Engenharia Biomédica.
DOI: 10.1038/s41551-022-00887-1
Financiamento: NIH/Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame
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