Fibra óptica biodegradável vai captar dados dentro do seu corpo

Com informações da Agência Fapesp - 01/09/2023

Amostras da fibra óptica de ágar, que também pode ser moldada em outros formatos para aplicações específicas.
[Imagem: Eric Fujiwara et al. - 10.1038/s41598-023-40749-7]

Fibra biocompatível e biodegradável

Sinais elétricos comandam um enorme conjunto de atividades no corpo humano, da troca de mensagens entre neurônios no cérebro à estimulação do músculo cardíaco e aos impulsos que permitem movimentar mãos e pés, para mencionar apenas alguns exemplos.

Tendo como horizonte de aplicação o monitoramento ou a modulação desses sinais, com finalidades médicas, pesquisadores brasileiros e japoneses desenvolveram uma fibra óptica biocompatível e biodegradável.

"Dispositivos biocompatíveis são imprescindíveis quando se utilizam fibras ópticas para aplicações médicas, como monitoramento de parâmetros vitais, fototerapia ou optogenética [estudo e controle da atividade de células específicas por meio de técnicas que combinam óptica, genética e bioengenharia], entre outras. Além disso, fibras ópticas feitas com materiais biodegradáveis são alternativas às tecnologias disponíveis para telecomunicações, que empregam fibras de vidro ou plástico," explica o professor Eric Fujiwara, da Unicamp.

A nova fibra foi produzida a partir de ágar, um material transparente, flexível, comestível e renovável, extraído das algas vermelhas. Os mesmos pesquisadores já haviam desenvolvido fibras ópticas biocompatíveis de ágar para monitoramento de concentração química e umidade.

"O método de fabricação consiste, basicamente, no preenchimento de moldes cilíndricos com soluções de ágar. O trabalho atual expande a gama de aplicações, propondo um novo tipo de sensor óptico que explora a condutividade elétrica do ágar," afirma.

A técnica de fabricação é simples, mas ainda está em fase de desenvolvimento. (a) Fabricação de fibras e (b) fabricação de esferas.
[Imagem: Eric Fujiwara et al. - 10.1038/s41598-023-40749-7]

Fibra sensível à eletricidade

Quando recebe uma fonte de luz coerente - ondas de mesma frequência e direção com uma relação de fase constante entre si - a fibra produz padrões luminosos granulares que evoluem espacial e temporalmente.

Por sua vez, quaisquer correntes elétricas presentes no meio onde a fibra é colocada atravessam-na e, ao fazê-lo, modulam o índice de refração do ágar, gerando perturbações nos padrões granulares da luz.

"Analisando essas perturbações, é possível determinar a magnitude, direção e sentido dos estímulos elétricos, com medições confiáveis para correntes iguais ou até menores do que 100 microamperes [µA]," detalhou Fujiwara.

A capacidade de detectar sinais elétricos tão sutis abre uma gama de aplicações em configurações biomédicas. "A ideia pode ser explorada para desenvolver sistemas de sensoriamento destinados a monitorar estímulos bioelétricos produzidos no cérebro ou nos músculos, servindo como uma alternativa biodegradável aos eletrodos convencionais. Nesse caso, os sinais ópticos podem ser decodificados para diagnosticar distúrbios. Outra possibilidade é utilizar a fibra como interface auxiliar na conexão entre humano e computador, em tecnologias de assistência ou reabilitação," exemplificou o pesquisador.

Fibra absorvida pelo organismo

A resposta do sensor pode ser aprimorada ajustando-se a composição química do material usado para fabricar a fibra. E o fato de o ágar ser moldável em diversas geometrias viabiliza a confecção de lentes e outros dispositivos ópticos com sensibilidade à corrente elétrica.

Mais do que tudo, a grande vantagem é que, após o uso, a fibra pode ser absorvida pelo organismo, evitando intervenções cirúrgicas adicionais para sua retirada.

O professor Fujiwara ressalta que a fibra de ágar ainda se encontra em nível de laboratório, portanto, necessitando dos desenvolvimentos necessários para sua fabricação industrial e aplicação tecnológica. Mas a determinação rigorosa dos parâmetros físicos de resposta óptica à corrente elétrica estabelece um terreno sólido para a eventual fabricação de dispositivos biomédicos.

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