Este adesivo é bio-eletro-iônico - e porque isso importa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2020

Não é apenas mais um sensor coletor de dados - agora é um implante neural que faz computações em tempo real.
[Imagem: Columbia Engineering]

Bioeletrônica

De aparelhos eletrônicos de vestir até peles eletrônicas e curativos inteligentes, há uma ampla gama de tecnologias que poderão ser viabilizadas com circuitos eletrônicos flexíveis e biocompatíveis.

E o material que acaba de ser sintetizado por Patricia Perfect e colegas da Universidade de Colúmbia, nos EUA, dá um salto qualitativo em relação a tudo o que já havia sido feito nessa área.

Eles criaram transistores iônicos biocompatíveis, capazes de realizar computações neurológicas em tempo real, usando um material compósito que também conduz elétrons, o que significa que passa ser possível criar componentes eletrônicos e bioeletrônicos usando o mesmo material.

Vale lembrar que os componentes computacionais tradicionais são eletrônicos porque usam os elétrons como portadoras de carga elétricas; enquanto isso, os seres vivos são fortemente baseados em correntes que usam íons como portadoras de cargas, como ocorre nas sinapses das células nervosas.

Com o novo material, a equipe afirma ser possível fabricar circuitos bioeletrônicos rápidos, sensíveis, biocompatíveis, macios e flexíveis, e que ainda apresentam estabilidade a longo prazo em ambientes fisiológicos desafiadores - para os circuitos eletrônicos tradicionais - como o corpo humano.

A equipe está particularmente interessada em testar novos métodos de diagnóstico e monitoramento de doenças neurológicas, começando pela substituição dos atuais sensores neurais metálicos, rígidos e agressivos, por dispositivos macios e flexíveis - muito mais biologicamente amigáveis - e capazes de executar tarefas computacionais no próprio dispositivo.

"Em vez de implantar grandes implantes em caixas grossas de metal para proteger o corpo e a eletrônica uns dos outros, como os usados em marcapassos e implantes cocleares e cerebrais, poderemos fazer muito mais se nossos dispositivos forem menores, flexíveis e inerentemente compatíveis com o nosso ambiente corporal," disse o professor Dion Khodagholy.

A equipe já fabricou vários tipos de implantes neurais, testados in vivo.
[Imagem: Patricia Jastrzebska-Perfect et al. - 10.1126/sciadv.aaz6767]

Transistores acionados por íons

Os transistores convencionais são feitos de silício, não podendo funcionar na presença de íons e de água - de fato, a difusão de íons faz com que eles parem de funcionar, e as células do corpo se comunicam com sinais iônicos. Por isso, os circuitos eletrônicos precisam ser totalmente encapsulados, geralmente em metal ou plástico, antes de serem implantados no corpo.

Essas incompatibilidades restringem o acoplamento abiótico/biótico - interfaces entre o humano e o eletrônico - a interações capacitivas apenas na superfície do material, resultando em menor desempenho. Materiais orgânicos já foram usados para superar essas limitações, já que são flexíveis, mas seu desempenho elétrico não tem-se mostrado suficiente para executar o registro e o processamento de sinais cerebrais em tempo real.

A equipe superou o problema misturando uma série de compostos orgânicos, empilhados em camadas, que permitiram criar transistores eletroquímicos orgânicos acionados por íons que eles chamam de e-IGTs, sigla em inglês para "transistores acionados por íons" (Ion-Gated Transistor). Como os íons não precisam percorrer longas distâncias para participar do chaveamento, esses transistores podem ser ligados e desligados de forma rápida e eficiente, além de apresentar uma largura de banda que é várias ordens de magnitude maior do que a de outros transistores baseados em íons.

Implantes bioeletrônicos

Os pesquisadores usaram seus e-IGTs - que são uma versão otimizada de um transístor iônico apresentado pela equipe no ano passado - para coletar uma ampla gama de sinais eletrofisiológicos, como a gravação in vivo de pulsos de ação neural, incluindo unidades de processamento neural implantáveis, biocompatíveis e macias, para a detecção em tempo real de sinais neurais, como os que ocorrem durante ataques epilépticos.

"Estamos empolgados com estes resultados," disse a professora Jennifer Gelinas. "Mostramos que os e-IGTs representam um componente básico seguro, confiável e de alto desempenho para a bioeletrônica implantada cronicamente, e estou otimista de que esses dispositivos nos permitirão expandir com segurança o modo como usamos dispositivos bioeletrônicos para tratar doenças neurológicas".

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