Eletrônica injetável revoluciona monitoramento do cérebro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2015

A malha eletrônica, sendo capturada pela seringa (a) e depois liberada (c), desenrolando-se naturalmente para aderir ao tecido biológico.
[Imagem: Jia Liu et al. - 10.1038/nnano.2015.115]

Circuito eletrônico injetável

Um circuito eletrônico flexível, biocompatível, construído na forma de uma malha, "neurofílico" - liga-se naturalmente até a neurônios individuais - e que pode ser injetado por uma seringa.

Este é o resultado do trabalho de uma equipe multidisciplinar e de vários países, coordenada pelo Dr. Charles Lieber, da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos.

O grupo já havia criado nanotransistores para medir sinais dentro das células, juntado-os em um nanoprocessador - um processador feito de baixo para cima - e misturado biológico e eletrônico para fabricar tecidos ciborgues.

Agora eles deram o passo seguinte, construindo um circuito eletrônico completo na forma de uma malha muito aberta, com os transistores e sensores nas junções.

O circuito flexível foi injetado por uma seringa no cérebro de animais de laboratório. Como 95% da área da malha eletrônica é espaço livre, ela amolda-se perfeitamente às células individuais, monitorando-as continuamente.

Os testes foram realizados em cérebros de cobaias, gerando dados com uma precisão nunca antes obtida.
[Imagem: Jia Liu et al. - 10.1038/nnano.2015.115]

Monitoramento do cérebro

Nenhuma das tecnologias atuais para medir e interagir com os neurônios é precisa o suficiente. Como os cientistas acreditam que as capacidades cognitivas de ordem mais elevada - como cognição, emoções etc. - emergem do trabalho conjunto e da interação dos neurônios cerebrais, eles gostariam de monitorar esses neurônios de forma mais consistente.

Isto não tem sido fácil porque os eletrodos atuais são rígidos demais, danificando os neurônios e atrapalhando seu trabalho normal. Por outro lado, não é possível monitorar de forma consistente o funcionamento de um neurônio individual, já que essas células nervosas oscilam continuamente, sacudidas pela respiração e pelo bater do coração.

"Ao longo dos últimos 30 anos, as pessoas têm feito melhorias incrementais nas técnicas de microfabricação que nos permitiram fabricar sondas rígidas cada vez menores, mas ninguém abordou esta questão - a interface dos componentes eletrônicos/celulares - no nível em que a biologia trabalha," disse o Dr. Lieber.

"Quer se trate de uma sonda de silício ou de polímeros flexíveis... elas causam inflamação no tecido, o que requer mudar continuamente a posição ou a estimulação. Mas com nossos eletrônicos injetáveis, é como se eles não estivessem lá. Eles são um milhão de vezes mais flexíveis do que qualquer eletrônica flexível estado da arte, e têm dimensões subcelulares," acrescentou.

Mas o grande avanço dos circuitos flexíveis em malha é que, ao serem injetados no cérebro, por meio de um furo no crânio do animal, eles desenrolam-se sozinhos, aderindo ao tecido cerebral. Os fios na porção final da malha são reunidos em um finíssimo cabo, podendo então ser conectados ao sistema de monitoramento e estimulação.

Os transistores e sensores ficam nas interconexões dos nanofios que formam a malha eletrônica.
[Imagem: Jia Liu et al. - 10.1038/nnano.2015.115]

Malha eletrônica

O processo de fabricação do circuito eletrônico injetável é extremamente simples, e compatível com as técnicas atuais de fabricação.

Tudo começa com uma camada de material solúvel depositada sobre um substrato. Acima da camada dissolvível são postos os nanofios que vão formar a malha, ensanduichados entre camadas de polímero orgânico. Nas interseções dos nanofios são construídos os transistores para estimulação, ou aplicados os eletrodos para medição.

A camada inicial é então dissolvida, liberando a malha flexível, que pode ser posta em uma seringa e aplicada como uma injeção.

"Ser capaz de posicionar e registrar dados com precisão em áreas muito específicas, ou mesmo a partir de neurônios individuais, ao longo de um período prolongado de tempo - isto poderá ter um impacto enorme sobre a neurociência," finalizou Lieber.

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