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May 17, 2023

Tatuagens de grafeno medem a pressão sanguínea continuamente

A medição da pressão arterial não mudou muito desde a invenção do

A medição da pressão arterial não mudou muito desde a invenção do esfigmomanômetro inflável com manguito em 1881. As pessoas podem usar o dispositivo para fazer leituras algumas vezes ao dia, mas isso não é suficiente para dar uma visão holística da saúde cardiovascular.

Novas tatuagens eletrônicas feitas de grafeno lêem continuamente a pressão sanguínea por dias. Os sensores de luz ultrafinos podem permitir o monitoramento da pressão sanguínea de um paciente enquanto ele realiza suas atividades diárias.

"A pressão arterial é um sinal vital realmente importante", diz Roozbeh Jafari, professor de engenharia elétrica e de computação da Texas A&M University. "O estresse pode matar. O estresse leva a mudanças na pressão arterial, mas não temos como medi-lo ou compreendê-lo. Portanto, se existe uma tecnologia para medir a pressão arterial continuamente, isso muda o jogo".

Pessoas com doenças cardiovasculares e hipertensão devem monitorar a pressão arterial rotineiramente. Para fazer isso discretamente, os pesquisadores desenvolveram métodos sem manguito nos últimos anos. Alguns contam com sensores acústicos vestíveis que medem as mudanças nos sinais de ultrassom que viajam pelo tecido ou sensores de pressão que podem detectar a expansão dos vasos sanguíneos no pulso. Estes são volumosos e podem se mover, distorcendo os sinais medidos.

Sensores baseados em luz, como os de pulseiras de fitness e smartwatches, podem medir a frequência cardíaca com precisão a partir de capilares na pele, mas a luz não penetra fundo o suficiente para detectar a onda de pressão arterial.

O novo sensor de pressão arterial usa sensores de tatuagem eletrônica de grafeno inventados em 2017 pelo professor de engenharia elétrica e informática Deji Akinwande da Universidade do Texas em Austin. Jafari e Akinwande colaboraram nos novos sensores de pressão arterial de grafeno que relataram na Nature Nanotechnology.

Para fazer as tatuagens, os pesquisadores cultivam uma ou duas camadas de grafeno em folha de cobre, revestem-na com uma camada ultrafina de 200 nanômetros de acrílico e a transferem para um papel de tatuagem temporário comercial. A espessura atômica do grafeno significa que as manchas se adaptam muito bem à pele, diz Akinwande, então elas aderem sem a necessidade de adesivos e permanecem no lugar. Além disso, o usuário não os sente.

Em uma versão protótipo do sistema de monitoramento contínuo da pressão sanguínea, segmentos de folha de cobre são colados em um pulso. Os rótulos da imagem identificam a artéria radial e ulnar da pessoa, bem como os locais para "injeção" (introdução) de um sinal de corrente alternada de baixo nível. Universidade do Texas em Austin/Texas A&M University/Nature Nanotechnology

Para determinar a pressão sanguínea, os pesquisadores usam os sensores de grafeno para medir a bioimpedância – a impedância elétrica ao fluxo de corrente através do tecido. Eles anexam duas fileiras de seis tatuagens de grafeno cada uma no pulso de um participante. Cada linha é colocada logo acima de uma das duas principais artérias do pulso. Os patches mais externos em cada linha enviam pequenas correntes elétricas para o braço, e os quatro patches internos medem as mudanças de voltagem, o que ajuda a calcular a impedância.

A impedância reflete a alteração do volume sanguíneo nas artérias, diz Jafari, mas não se traduz diretamente na pressão sanguínea. Assim, a equipe construiu um algoritmo de aprendizado de máquina para estimar com precisão a pressão arterial com base em vários parâmetros diferentes, incluindo a alteração do volume sanguíneo, o tempo de trânsito do pulso de pressão entre dois locais, a diferença de tempo entre a chegada dos pulsos nas duas artérias e o propriedades elásticas das artérias.

Como demonstração, os pesquisadores colocaram os sensores de grafeno em sete participantes humanos e mediram a pressão arterial enquanto os voluntários realizavam exercícios ativos. Para determinar a precisão, eles compararam as leituras com leituras periódicas feitas usando a técnica padrão-ouro do manguito de pressão arterial.

Alguns participantes fizeram uma caminhada extenuante ao ar livre a 38 ° C e outros realizaram flexões. As tatuagens não se degradaram após exposição à luz e calor ou contato com água ou suor. Os pesquisadores puderam monitorar a pressão sanguínea continuamente por cinco horas. Um monitoramento mais longo é facilmente possível, diz Jafari, já que as tatuagens duram sete dias.