TX, 24/05/2024
Pesquisadores desenvolveram um método para criar sensores adaptáveis e ecológicos que podem ser impressos direta e imperceptivelmente em uma ampla gama de superfícies biológicas, seja um dedo ou uma pétala de flor.
O método, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Cambridge, se inspira na seda de aranha, que pode se conformar e aderir a várias superfícies. Essas "sedas de aranha" também incorporam bioeletrônicos, permitindo adicionar diferentes capacidades de sensoriamento à "teia".
As fibras, pelo menos 50 vezes menores que um fio de cabelo humano, são tão leves que os pesquisadores as imprimiram diretamente na cabeça de semente de um dente-de-leão sem colapsar sua estrutura. Quando impressas na pele humana, as fibras sensores se conformam à pele e expõem os poros do suor, de modo que o usuário não detecta sua presença. Testes das fibras impressas em um dedo humano sugerem que elas poderiam ser usadas como monitores contínuos de saúde.
Este método de baixo desperdício e baixa emissão para aumentar estruturas vivas poderia ser usado em uma variedade de campos, desde cuidados de saúde e realidade virtual até têxteis eletrônicos e monitoramento ambiental. Os resultados foram publicados na revista Nature Electronics.
Embora a pele humana seja notavelmente sensível, aumentá-la com sensores eletrônicos poderia mudar fundamentalmente a forma como interagimos com o mundo ao nosso redor. Por exemplo, sensores impressos diretamente na pele poderiam ser usados para monitoramento contínuo da saúde, para entender sensações da pele ou melhorar a sensação de realidade em aplicativos de jogos ou realidade virtual.
Embora tecnologias vestíveis com sensores embutidos, como smartwatches, estejam amplamente disponíveis, esses dispositivos podem ser desconfortáveis, intrusivos e podem inibir as sensações intrínsecas da pele.
"Se você quer detectar com precisão algo em uma superfície biológica como a pele ou uma folha, a interface entre o dispositivo e a superfície é vital", disse a professora Yan Yan Shery Huang, do Departamento de Engenharia de Cambridge, que liderou a pesquisa. "Também queremos bioeletrônicos que sejam completamente imperceptíveis para o usuário, para que não interfiram de forma alguma na interação do usuário com o mundo, e queremos que sejam sustentáveis e de baixo desperdício."
Existem múltiplos métodos para fazer sensores vestíveis, mas todos têm desvantagens. Eletrônicos flexíveis, por exemplo, normalmente são impressos em filmes plásticos que não permitem a passagem de gás ou umidade, como envolver sua pele em filme plástico. Outros pesquisadores desenvolveram recentemente eletrônicos flexíveis que são permeáveis a gases, como peles artificiais, mas ainda interferem com a sensação normal e dependem de técnicas de fabricação intensivas em energia e resíduos.
A impressão 3D é outra rota potencial para bioeletrônicos, pois é menos desperdiçadora do que outros métodos de produção, mas leva a dispositivos mais espessos que podem interferir com o comportamento normal. Fibras eletrônicas giradas resultam em dispositivos imperceptíveis para o usuário, mas sem um alto grau de sensibilidade ou sofisticação, e são difíceis de transferir para o objeto em questão.
Agora, a equipe liderada por Cambridge desenvolveu uma nova maneira de fazer bioeletrônicos de alto desempenho que podem ser personalizados para uma ampla gama de superfícies biológicas, desde uma ponta do dedo até a cabeça de semente de um dente-de-leão, imprimindo-os diretamente nessa superfície. Sua técnica se inspira parcialmente nas aranhas, que criam estruturas de teias sofisticadas e fortes adaptadas ao seu ambiente, usando material mínimo.
Os pesquisadores giraram sua "seda de aranha" bioeletrônica de PEDOT:PSS (um polímero condutor biocompatível), ácido hialurônico e óxido de polietileno. As fibras de alto desempenho foram produzidas a partir de solução à base de água em temperatura ambiente, o que permitiu aos pesquisadores controlar a "fiabilidade" das fibras. Os pesquisadores então projetaram uma abordagem de fiação orbital para permitir que as fibras se moldassem às superfícies vivas, até mesmo a microestruturas como impressões digitais.
Testes das fibras bioeletrônicas em superfícies, incluindo dedos humanos e cabeças de sementes de dente-de-leão, mostraram que elas forneceram desempenho de sensor de alta qualidade enquanto permaneciam imperceptíveis ao hospedeiro.
"Nossa abordagem de fiação permite que as fibras bioeletrônicas sigam a anatomia de diferentes formas, tanto em micro como em macro escala, sem a necessidade de reconhecimento de imagem," disse Andy Wang, o primeiro autor do artigo. "Isso abre um ângulo completamente diferente em termos de como a eletrônica e os sensores sustentáveis podem ser feitos. É uma maneira muito mais fácil de produzir sensores de grande área."
A maioria dos sensores de alta resolução é feita em uma sala limpa industrial e requer produtos químicos tóxicos em um processo de fabricação multi-etapa e intensivo em energia. Os sensores desenvolvidos em Cambridge podem ser feitos em qualquer lugar e usam uma fração mínima da energia que os sensores regulares requerem.
As fibras bioeletrônicas, que são reparáveis, podem ser simplesmente lavadas quando atingem o fim de sua vida útil, gerando menos de um único miligrama de resíduos. Em comparação, uma carga típica de lavanderia produz entre 600 e 1.500 miligramas de resíduos de fibras.
"Usando nossa técnica de fabricação simples, podemos colocar sensores quase em qualquer lugar e repará-los onde e quando necessário, sem precisar de uma grande máquina de impressão ou uma instalação de fabricação centralizada," disse Huang. "Esses sensores podem ser feitos sob demanda, exatamente onde são necessários, e produzir um mínimo de resíduos e emissões."
Os pesquisadores dizem que seus dispositivos poderiam ser usados em aplicações desde monitoramento de saúde e realidade virtual até agricultura de precisão e monitoramento ambiental. No futuro, outros materiais funcionais poderiam ser incorporados a este método de impressão de fibras, para construir sensores de fibras integradas para aumentar os sistemas vivos com funções de exibição, computação e conversão de energia. A pesquisa está sendo comercializada com o apoio da Cambridge Enterprise, o braço de comercialização da Universidade.
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Fonte:https://techxplore.com/news/2024-05-imperceptible-sensors-electronic-spider-silk.html
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