Antenas sem fio para biomedicina: detectam sinais neuronais em poucos milissegundos

As antenas sem fio, além de seu uso habitual, podem realizar muitas outras tarefas. Útil, sobretudo, para a biomedicina.

O monitoramento de sinais elétricos em sistemas biológicos é fundamental para a compreensão dos mecanismos de comunicação celular . Com implicações cruciais no diagnóstico e tratamento de patologias , como arritmia cardíaca e Alzheimer. No entanto, as tecnologias tradicionais para detectar tais sinais dependem de dispositivos com fio, que limitam a quantidade de dados que podem ser obtidos. O número de eletrodos que podem ser conectados aos amplificadores, na verdade, é limitado pelo número de fios, reduzindo assim a resolução espacial e a capacidade de análise.

Portanto, para superar essas limitações, uma equipe de pesquisadores do MIT desenvolveu uma técnica inovadora que utiliza minúsculas antenas sem fio chamadas OCEAN (Antenas de Espalhamento Eletrocondutor Orgânico). Antenas que utilizam luz para detectar sinais elétricos , eliminando a necessidade de fios e amplificadores incômodos. Cada antena mede apenas um centésimo da largura de um fio de cabelo humano , permitindo monitoramento de alta precisão e em tempo real da atividade celular.

O funcionamento destas antenas baseia-se num princípio óptico : com variações nos campos eléctricos envolventes, que modificam a dispersão da luz pelo polímero condutor que as compõe. Quando a luz atinge a antena, sua intensidade muda proporcionalmente ao sinal elétrico detectado . E isso permite adquirir simultaneamente informações detalhadas sobre milhares de locais de gravação; garantindo resolução micrométrica e monitoramento contínuo por mais de dez horas.

Na base desta tecnologia revolucionária está o polímero PEDOT:PSS , um material condutor que, em resposta a sinais eléctricos, modifica a sua estrutura electrónica e o seu índice de refracção. Esta propriedade nos permite observar diretamente as mudanças bioelétricas ; utilizando um microscópio óptico simples, sem a necessidade de instrumentos eletrônicos complexos. O próprio sistema foi projetado para ser acessível até mesmo a pesquisadores sem conhecimentos específicos em eletrônica.

As novas antenas OCEAN

A criação de antenas OCEAN ocorre através de um processo avançado de nanofabricação . A partir de um substrato de vidro, sobre o qual são depositados materiais condutores e isolantes, por meio de um feixe de íons focado, são cavados buracos em escala nanométrica, nos quais o polímero é feito para “crescer” de baixo para cima. Uma técnica que permite, de forma específica e rápida, produzir arrays (estruturas de dados complexas) compostas por milhões de antenas.

A sensibilidade alcançada por essas antenas é notável : portanto, os dispositivos podem detectar variações de tensão de até 2,5 milivolts, valor bem abaixo dos 100 milivolts típicos dos sinais neuronais. Além disso, graças à sua resposta rápida, medida em milissegundos , os OCEANs são capazes de acompanhar a atividade celular dinâmica com alta precisão.

Mas o que mais você pode fazer com as antenas OCEAN?

O potencial desta tecnologia é vasto . E além de melhorar a compreensão dos mecanismos de comunicação celular , as antenas OCEAN poderiam até facilitar o teste de novas terapias medicamentosas e a detecção precoce de anomalias bioelétricas. É por isso que os investigadores do MIT já estão a trabalhar em novos desenvolvimentos , como a integração de antenas em dispositivos nanofotónicos. E a possibilidade de penetrar nas membranas celulares, para um monitoramento intracelular ainda mais preciso.

Esta inovação representa um passo significativo em direcção a novas fronteiras na investigação biológica e na medicina personalizada . Abrindo caminho para dispositivos de diagnóstico cada vez mais precisos, não invasivos e fáceis de usar. Na verdade, com as antenas OCEAN, o futuro da bioeletricidade entra numa nova dimensão tecnológica : melhorando a nossa capacidade de explorar os segredos da comunicação celular e as implicações relacionadas para a saúde humana.

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