Monitor cardíaco alimentado por energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2018

Esquema e foto do protótipo do aparelho capaz de fazer um eletrocardiograma.
[Imagem: Sungjun Park et al. - 10.1038/s41586-018-0536-x]

Célula solar em vez de bateria

Dispositivos autoalimentados que possam ser colocados diretamente sobre a pele ou em tecidos e órgãos humanos têm um grande potencial para aplicações médicas.

Eles poderiam ser usados como sensores fisiológicos para o monitoramento em tempo real do funcionamento do coração ou do cérebro, por exemplo.

Na prática, no entanto, o volume das baterias ou a quantidade insuficiente de energia, e a interferência da alimentação elétrica, têm sido empecilhos difíceis de superar.

Uma equipe japonesa acaba de apresentar uma solução para esse dilema: um sistema de alta eficiência na fotoconversão - conversão de luz em eletricidade - das células solares de plástico, aquelas que são fabricadas por impressão sobre substratos flexíveis.

Sungjun Park e seus colegas conseguiram isto gerando um sistema de ranhuras em nanoescala na superfície da célula solar, o que tem o benefício adicional de capturar a luz de uma faixa de ângulos de incidência maior. O processo é caro para os grandes painéis solares convencionais, mas é adequado para fontes solares pequenas.

As células solares resultantes apresentaram uma alta taxa de potência por peso - 11,46 watts por grama - e uma eficiência de fotoconversão (EFC) de 10,5%, aproximando-se do "número mágico" de 15%, que tornará as células fotovoltaicas orgânicas competitivas com suas homólogas de silício.

Embora as células solares orgânicas ainda apresentem problemas quanto à durabilidade, com uma vida útil curta, os protótipos apresentaram uma redução na EFC de apenas 25% (de 9,82% para 7,33%) durante 900 ciclos, o que também supera as necessidades típicas de um aparelho de uso médico.

Sensor médico com energia solar

Para demonstrar uma aplicação prática, a equipe integrou transistores eletroquímicos orgânicos - um tipo de sensor - junto com as células solares em um substrato ultrafino (1 mm), para permitir a detecção de batimentos cardíacos e a gravação dos sinais de um eletrocardiograma. Os testes foram feitos diretamente no coração de animais de laboratório.

O dispositivo funcionou bem em um nível de iluminação de 10.000 lux - equivalente à luz de um dia ensolarado - e apresentou menos ruído do que aparelhos similares conectados a uma bateria, presumivelmente graças à eliminação dos fios para a transmissão de eletricidade.

"Este é um belo passo à frente na busca pela fabricação de dispositivos de monitoramento médico autoalimentados que possam ser colocados em tecidos humanos. Há algumas tarefas importantes por fazer, como o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia flexíveis, e continuaremos a colaborar com outros grupos para produzir dispositivos práticos.

"É importante salientar que, para as experiências atuais, nós trabalhamos na parte analógica do nosso dispositivo, que alimenta o aparelho e realiza a medição. Há também uma porção digital, baseada em silício, para a transmissão de dados, e mais trabalho nessa área também ajudará a tornar esses dispositivos práticos," disse o professor Kenjiro Fukuda, do Instituto RIKEN.

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