Microdispositivos vestíveis ajudam atletas e melhoram a reabilitação física

Dispositivo de análise de suor microfluídico vestível progrediu do laboratório para uso em numerosas organizações

Olá querido leitor. Espero que vocês estejam bem. Eu particularmente gosto muito de pesquisas que vão além do laboratório ou da universidade, principalmente quando envolve o mundo Microfluídica & Engenharia Química. Hoje nós iremos ver como canais microfluídico são utilizados no desenvolvimento de dispositivos vestíveis e que podem contribuir para o monitoramento da nossa saúde.

O professor da Universidade Northwestern, John A. Rogers, publicou recentemente, juntamente com outros cientistas, sua pesquisa sobre um dispositivo microfluídico de análise de suor portátil na revista Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.aar3921). Ele agora está colaborando com muitos parceiros, como Gatorade, Seattle Mariners (time de baseball de Seattle) e a Força Aérea dos EUA para desenvolver, testar e levar o dispositivo a uma distribuição mais ampla.

O dispositivo foi inicialmente introduzido em 2016 e, como o nome sugere, analisa o suor e seus biomarcadores produzidos a partir de glândulas sudoríparas com alta precisão e em tempo real. A informação sobre os níveis de hidratação é comunicada ao usuário com uma leitura visual simples – nada extravagante. O dispositivo é macio e flexível e fica na pele. É um pouco maior que um quarto de moeda e é aproximadamente a mesma espessura também. Os projetos anteriores incluíram medidas de perda de cloreto, glicose, lactato e níveis de pH no suor.

Ao longo do ano passado, os projetos mais novos também medem as concentrações de metais pesados, como chumbo e arsênico, juntamente com níveis de ureia e creatinina.

“Dispositivo microfluídico de suor é macio, flexível e fica diretamente na pele”

Microdispositivo com eletrônicos sem fio integrados e reagentes químicos colorimétricos para captura, armazenamento e análise química do suor. Crédito: Rogers Research Group.

Este dispositivo permite que as pessoas monitorem sua taxa de suor e perda eletrolítica para que elas possam se manter hidratadas e reabastecer seus eletrólitos quando necessário. Ele também fornece informações em tempo real sobre como sua química de suor muda durante o dia ou quando faz um conjunto de exercícios.

“Agora, temos dispositivos que se enchem sequencialmente no tempo. Isso é importante porque as variações nos biomarcadores de suor dão uma sensação de nível de fadiga à medida que você está se exercitando. Nós não possuíamos essa capacidade anteriormente “, disse Rogers.

Os consumidores alvo são generalizados. Não só pode ser usado diariamente para monitorar a hidratação, mas também pode ser usado por atletas e militares, pois as informações fornecidas serão detalhadas o bastante para atender às suas necessidades. Se uma pessoa está usando o dispositivo enquanto está fazendo musculação, ela não precisa interromper seu treino para compreender as informações coletadas pelo dispositivo. Isso ocorre porque o suor viaja através dos microcanais dentro do dispositivo e em diferentes compartimentos. Nesses compartimentos existem reagentes químicos que reagem com o suor para produzir mudanças de cor visíveis. Essas alterações de cor se relacionam com a concentração de diferentes substâncias como cloreto ou eletrólitos.

“A maioria das pessoas quer saber se eles estão perdendo muito cloreto, um pouco ou quase nenhum”, disse Rogers. “Eles podem apenas observar o dispositivo e determinar se os níveis de eletrólitos são altos, médios ou baixos”.

“Esses dispositivos podem medir o suor do usuário debaixo d’água”

Um aspecto único desses dispositivos é que eles podem medir o suor do usuário debaixo d’água, por exemplo, durante esportes aquáticos. Isto é conseguido através do uso de novos materiais adesivos e desenhos microfluídicos que possuem vedações à prova d’água. Isso garante que apenas o suor, e não a água que envolve a pessoa, entre nos canais microfluídicos.

O sistema de análise do suor é usado rotineiramente pela equipe de natação na Universidade de Northwestern, pois permite que o treinador e os nadadores estejam melhor informados sobre os níveis de desidratação durante uma sessão de treino.

Jarod Schroeder, treinador da equipe de natação masculina da Universidade, disse: “Os dispositivos microfluídicos montados na pele pelo grupo do Prof. Rogers nos permitem, pela primeira vez, determinar a perda de suor e eletrólito continuamente, pois ocorre na piscina durante a natação, sem nenhum impacto adverso sobre nossos atletas … Os níveis notavelmente altos de perda de suor que ocorrem no grupo exigem um planejamento cuidadoso para a reidratação “.

Problemas do dispositivo que precisam ser solucionados

Uma desvantagem deste sistema analítico de suor é que a informação é fornecida através de mudanças de cor que expressa qualitativamente as concentrações de substâncias diferentes. Isso levanta a questão de saber se as cores podem ser claramente distinguidas por pessoas que têm um certo tipo de cegueira de cor, por exemplo, cegueira de cor vermelho-verde.

Outras desvantagens são que o dispositivo só pode ser usado uma vez por algumas horas, assim o dispositivo não é ideal para atividades que são realizadas por muito tempo. Uma pessoa que o use regularmente deve continuar comprando esses sistemas à medida que o utilizam.

Apesar dessas desvantagens, a Epicore Biosystems, uma start-up fundada pelo grupo de Rogers através do escritório de Inovação e Novos Negócios da Northwestern, estabeleceu tecnologias de fabricação de grande volume para esses sistemas microfluídicos. No futuro, além de torná-lo de baixo custo, a empresa planeja embalar os sistemas com produtos em linhas relacionadas, como produtos nutricionais, de saúde da pele, cosméticos e hidratação esportiva. A empresa também está planejando torná-los utilizáveis ​​em clínicas e centros de reabilitação.

No vídeo abaixo é mostrado o que a tecnologia já pode fazer e os planos futuros para esses microdispositivos.

Fonte: Northwestern Now e Felix.

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Explore mais e descubra a relação desse trabalho com a Microfluídica & Engenharia Química

Microfluídica & Chanel: a revolução na indústria de cosméticos:

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O Laboratório do Futuro: Inteligência Artificial, Aprendizado de Máquinas e Microfluídica

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Corpo humano em chips

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Impressão 3D de laboratórios de chip

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Separação ultrarrápida de DNA em microchips

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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

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