Artigo: implantes eletrônicos que desaparecem

Pesquisadores da Universidade de Illinois, Universidade de Urbana-Champaign e Tufts inventaram implantes eletrônicos funcionais que podem se dissolver após períodos de tempo programáveis. Para demonstrar o sistema, que pode ajudar na cura durante os primeiros dias após uma operação, os pesquisadores implantaram um em um rato. Criou-se um aumento de temperatura temporário para esterilizar uma ferida, e em seguida dissolveu-se depois de 15 dias. Os pesquisadores relataram o desenvolvimento disso na revista Science.

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Pesquisas biomédicas estão se voltando para a ideia de “degradação programável”, uma vez que é difícil desenvolver materiais que se mantenham compatíveis com o tecido humano em longo prazo. Implantes médicos ou sistemas de entrega de medicamentos que fazem seu trabalho e depois desaparecem são ideais. Para desenvolver implantes eletrônicos, pesquisadores os envolveram em seda. Características materiais, particularmente sua cristalinidade, podem ser ajustadas de modo que seu tempo de degradação pode ser em qualquer lugar e levar de segundos a anos.

A eletrônica dentro da seda foi baseada em chapas com espessura de nanômetros ou fitas de silício, chamadas nanomembranas de silício. Os materiais foram anteriormente utilizados para a produção de transistores, diodos experimentais, dispositivos lógicos complementares, e fotocélulas para superfícies flexíveis. Considerando que uma bolacha de silício convencional ou um chip levaria cerca de mil anos para se dissolver em fluidos biológicos, diz John A. Rogers, que liderou a pesquisa na Universidade de Illinois, uma nanomembrana se foi em algumas semanas.

Trabalhando com a equipe de Illinois, os pesquisadores da Tufts forneceram conhecimentos sobre seda e realizaram experimentos com animais. A modelagem analítica foi feita na Universidade do Noroeste, em colaboração com a Universidade de Tecnologia de Dalian, na China, e um médico da Universidade do Arizona identificou a aplicação de terapia de calor.

Enquanto não houve testes em humanos ainda, os materiais dos componentes do sistema são encontrados em implantes que tenham sido aprovados pelos órgãos reguladores do governo para outros usos médicos, ressalta Rogers. A seda está aprovada para suturas, o magnésio é usado para stents intravasculares, e o silício é usado para sistemas de entrega de medicamentos. “Você tem que fazer testes, porque a biologia é complicada”, diz Rogers, “mas os materiais não são complicados”.

Os pesquisadores testaram uma série de componentes transitórios como indutores, capacitores, resistores, diodos e transistores. Todos os componentes se desintegraram e dissolveram por imersão em água deionizada. Os materiais e as técnicas de fabricação podem ser utilizados para fabricar componentes para os sistemas eletrônicos em semicondutor metal-óxido complementar (CMOS, na sigla em inglês).

“Aqui há esta caixa de ferramentas que você pode fazer o que quiser”, disse Christopher J. Bettinger, um pesquisador de biomateriais da Carnegie Mellon University, que não estava envolvido na pesquisa, acrescentando que o trabalho foi um feito notável de integração que combinou perfeitamente peças de diversas áreas. É também um sistema muito flexível, disse ele, por exemplo, o substrato de seda pode ser trocado por outros polímeros biodegradáveis.

Jeffrey Borenstein, pesquisador do Laboratório de Charles Stark Draper, em Massachusetts, também ficou impressionado. “Como demonstração geral, isso é muito poderoso”, disse ele. “Quando se tratam de aplicações específicas, você terá de avaliar como cada um desses materiais se desempenha dentro do corpo.”

Um desafio à frente poderia ser encontrar formas adicionais para alimentar os implantes. A primeira versão foi alimentada por energia de RF (radiofrequência), mas bobinas de RF “são muito sensíveis a orientação”, disse Bettinger, acrescentando que, se você tem um paciente que se movimenta, pode alterar os requisitos de energia.

Os investigadores de Illinois, no entanto, devem ter algo a seu favor. Há uma sinergia, disse Rogers, entre o seu trabalho e a indústria de semicondutores de bilhões de dólares que não é tão óbvia. Tal como acontece com dispositivos CMOS convencionais, com eletrônicos transitórios, quanto mais fino, melhor. “Acho que seremos capazes de desenvolver avanços na eletrônica convencional”, disse ele.

*O artigo foi originalmente publicado no IEEE Spectrum em setembro de 2012

**IEEE, maior organização técnico-profissional do mundo, dedica-se ao desenvolvimento da tecnologia para o benefício da humanidade. Por meio de suas publicações, usadas amplamente como referência, conferências, padrões tecnológicos, e atividades profissionais e educacionais, IEEE é uma fonte confiável em várias especialidades, desde sistemas aeroespaciais, computadores e telecomunicações a engenharia biomédica, energia elétrica e eletrônicos de consumo. Saiba mais em http://www.ieee.org.