Com mais de 1.000 terminações nervosas, a pele humana é a maior conexão sensorial do cérebro com o mundo exterior, fornecendo uma riqueza de detalhes através do toque, temperatura e pressão. Embora essas características complexas tornem a pele um órgão vital, elas também tornam sua replicação um desafio.
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Ao utilizar hidrogéis de nanoengenharia que exibem capacidades de biossensor eletrônico e térmico ajustáveis, pesquisadores da Texas A&M University desenvolveram uma pele eletrônica impressa em 3D (E-skin) que pode flexionar, esticar e sentir como a pele humana.
“A capacidade de replicar o sentido do tato e integrá-lo em várias tecnologias abre novas possibilidades para a interação homem-máquina e experiências sensoriais avançadas”, disse o Dr. Akhilesh Gaharwar, professor e diretor de pesquisa do Departamento de Engenharia Biomédica. “Isso pode potencialmente revolucionar as indústrias e melhorar a qualidade de vida das pessoas com deficiência”.
Os usos futuros do E-skin são vastos, incluindo dispositivos de saúde vestíveis que monitoram continuamente sinais vitais como movimento, temperatura, frequência cardíaca e pressão arterial, fornecendo feedback aos usuários e ajudando-os a melhorar suas habilidades motoras e coordenação.
“A inspiração por trás do desenvolvimento do E-skin está enraizada no desejo de criar interfaces mais avançadas e versáteis entre a tecnologia, o corpo humano e o meio ambiente”, disse Gaharwar. “O aspecto mais interessante desta pesquisa são suas aplicações potenciais em robótica, próteses, tecnologia vestível, esportes e fitness, sistemas de segurança e dispositivos de entretenimento”.
A tecnologia E-skin, detalhada em estudo publicado pela Advanced Functional Materials, foi desenvolvida no laboratório de Gaharwar. Drs. Kaivalya Deo, ex-aluno de Gaharwar e agora cientista da Axent Biosciences, e Shounak Roy, ex-bolsista de doutorado da Fulbright Nehru no Laboratório de Gaharwar, são os principais autores do artigo.
A criação de E-skin envolve desafios no desenvolvimento de materiais duráveis que possam simultaneamente imitar a flexibilidade da pele humana, conter capacidades de detecção bioelétrica e empregar técnicas de fabricação adequadas para dispositivos vestíveis ou implantáveis.
“No passado, a rigidez desses sistemas era muito alta para os tecidos do nosso corpo, impedindo a transdução de sinal e criando incompatibilidade mecânica na interface biótico-abiótica”, disse Deo. “Introduzimos uma estratégia de ‘reticulação tripla’ para o sistema baseado em hidrogel, o que nos permitiu resolver uma das principais limitações no campo da bioeletrônica flexível.”
O uso de hidrogéis de nanoengenharia aborda alguns dos aspectos desafiadores do desenvolvimento da E-skin durante a impressão 3D devido à capacidade dos hidrogéis de diminuir a viscosidade sob tensão de cisalhamento durante a criação da E-skin, permitindo um manuseio e manipulação mais fáceis. A equipe disse que esse recurso facilita a construção de estruturas eletrônicas complexas em 2D e 3D, um aspecto essencial para replicar a natureza multifacetada da pele humana.
Os pesquisadores também utilizaram ‘defeito atômico’ em nanoconjuntos de dissulfeto de molibdênio, um material que contém imperfeições em sua estrutura atômica que permite alta condutividade elétrica, e nanopartículas de polidopamina para ajudar a pele E a aderir ao tecido úmido.
“Essas nanopartículas de dissulfeto de molibdênio especialmente projetadas atuaram como reticulantes para formar o hidrogel e transmitiram condutividade elétrica e térmica à pele E; somos os primeiros a relatar o uso disso como componente principal”, disse Roy. “A capacidade do material de aderir a tecidos úmidos é particularmente crucial para possíveis aplicações de cuidados de saúde, onde a E-skin precisa se conformar e aderir a superfícies biológicas úmidas e dinâmicas”.
Outros colaboradores incluem pesquisadores do grupo do Dr. Limei Tian no departamento de engenharia biomédica da Texas A&M e do Dr.
Mais informações: Shounak Roy et al, 3D Printed Electronic Skin for Strain, Pressure and Temperature Sensing, Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202313575
Publicado em TechXplore
