Fibra óptica biodegradável permite medir ou modular correntes elétricas no corpo humano

Feito com material extraído da alga ágar, o dispositivo poderá ser usado para monitorar estímulos produzidos no cérebro ou nos músculos. Ou como interface auxiliar na conexão homem-computador em tecnologias de assistência ou reabilitação

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – 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, uma fibra óptica biocompatível e biodegradável, produzida a partir da alga ágar, acaba de ser desenvolvida.

Apoiado pela FAPESP, o trabalho foi liderado pelos professores Eric Fujiwara, da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp, e Hiromasa Oku, da Universidade de Gunma (Japão). Artigo a respeito foi publicado no periódico Scientific Reports, do grupo Nature.

“Dispositivos biocompatíveis são imprescindíveis quando se utilizam fibras ópticas para aplicações médicas, como monitoramento de parâmetros vitais, fototerapia ou optogenética [o termo diz respeito ao 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”, diz Fujiwara.

A nova fibra foi produzida a partir de ágar, um material transparente, flexível, comestível e renovável, extraído de algas vermelhas. Os mesmos pesquisadores já haviam desenvolvido fibras ópticas biocompatíveis de ágar para monitoramento de concentração química e umidade (leia mais em: agencia.fapesp.br/33133).

“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.

Fujiwara explica que, excitada por luz coerente, a fibra produz padrões luminosos granulares que evoluem espacial e temporalmente. As correntes elétricas presentes no meio atravessam a fibra e, ao fazê-lo, modulam o índice de refração do ágar, gerando perturbações nos padrões granulares. “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]”, conta.

A capacidade de detectar sinais elétricos tão sutis inspira possíveis 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”, exemplifica Fujiwara.

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

Fujiwara ressalta que o estudo ainda se encontra em nível de bancada – portanto, distante da 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.

O artigo Agar-based optical sensors for electric current measurements pode ser acessado em: www.nature.com/articles/s41598-023-40749-7.