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Oct 30, 2023

Arritmia cardíaca tratada por "tatuagem" de grafeno usando luz

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Pesquisadores liderados pela Northwestern University e pela University of Texas em Austin (UT) desenvolveram o primeiro implante cardíaco feito de grafeno, um supermaterial bidimensional com propriedades ultrarresistentes, leves e condutivas.

De aparência semelhante à tatuagem temporária de uma criança, o novo implante de "tatuagem" de grafeno é mais fino do que um único fio de cabelo, mas ainda funciona como um marca-passo clássico. Mas, ao contrário dos atuais marcapassos e desfibriladores implantados, que exigem materiais duros e rígidos que são mecanicamente incompatíveis com o corpo, o novo dispositivo se funde suavemente ao coração para detectar e tratar simultaneamente batimentos cardíacos irregulares. O implante é fino e flexível o suficiente para se adaptar aos contornos delicados do coração, bem como elástico e forte o suficiente para suportar os movimentos dinâmicos de um coração batendo.

Depois de implantar o dispositivo em um modelo de rato, os pesquisadores demonstraram que a tatuagem de grafeno pode detectar com sucesso ritmos cardíacos irregulares e, em seguida, fornecer estimulação elétrica por meio de uma série de pulsos sem restringir ou alterar os movimentos naturais do coração. Melhor ainda: a tecnologia também é opticamente transparente, permitindo que os pesquisadores usem uma fonte externa de luz óptica para registrar e estimular o coração por meio do dispositivo.

O estudo será publicado na quinta-feira (20 de abril) na revista Advanced Materials. Ele marca o implante cardíaco mais fino conhecido até hoje.

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"Um dos desafios para os marcapassos e desfibriladores atuais é que eles são difíceis de fixar na superfície do coração", disse Igor Efimov, da Northwestern, autor sênior do estudo. "Os eletrodos do desfibrilador, por exemplo, são essencialmente bobinas feitas de fios muito grossos. Esses fios não são flexíveis e quebram. As interfaces rígidas com tecidos moles, como o coração, podem causar várias complicações. Por outro lado, nosso dispositivo macio e flexível é não apenas discreto, mas também intimamente e perfeitamente em conformidade diretamente com o coração para fornecer medições mais precisas."

Cardiologista experimental, Efimov é professor de engenharia biomédica na Northwestern's McCormick School of Engineering e professor de medicina na Northwestern University Feinberg School of Medicine. Ele co-liderou o estudo com Dmitry Kireev, um pesquisador associado da UT. Zexu Lin, um Ph.D. candidato no laboratório de Efimov, é o primeiro autor do artigo.

Conhecidos como arritmias cardíacas, os distúrbios do ritmo cardíaco ocorrem quando o coração bate muito rápido ou muito devagar. Embora alguns casos de arritmia não sejam graves, muitos casos podem levar a insuficiência cardíaca, derrame e até morte súbita. De fato, as complicações relacionadas à arritmia ceifam cerca de 300.000 vidas anualmente nos Estados Unidos. Os médicos geralmente tratam a arritmia com marca-passos implantáveis ​​e desfibriladores que detectam batimentos cardíacos anormais e corrigem o ritmo com estimulação elétrica. Embora esses dispositivos salvem vidas, sua natureza rígida pode restringir os movimentos naturais do coração, ferir tecidos moles, causar desconforto temporário e induzir complicações, como inchaço doloroso, perfurações, coágulos sanguíneos, infecções e muito mais.

Com esses desafios em mente, Efimov e sua equipe procuraram desenvolver um dispositivo biocompatível ideal para se adaptar a tecidos moles e dinâmicos. Depois de revisar vários materiais, os pesquisadores decidiram pelo grafeno, uma forma atomicamente fina de carbono. Com sua estrutura ultrarresistente e leve e condutividade superior, o grafeno tem potencial para muitas aplicações em eletrônicos de alto desempenho, materiais de alta resistência e dispositivos de energia.