Desenvolvimento de Sensores de Gases Tóxicos Vestíveis
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A eletrônica vestível, que significa que pode ser utilizada no corpo, na roupa ou em um acessório, está se tornando um dos tópicos de estudo mais ativos devido aos avanços na pesquisa na área de ciência dos materiais, devido as melhorias em estruturas deformáveis, ao progresso na eletrônica e das tecnologias de engenharia relacionadas.
Os cientistas de materiais que trabalham na academia e na indústria têm enfatizado a necessidade de desenvolver novas tecnologias vestíveis em várias formas, como relógios, pulseiras, roupas inteligentes, etiquetas, óculos e luvas.
Os sensores vestíveis são caracterizados por dispositivos que fazem interface com o corpo humano por meio de diferentes métodos, como montados em aparelhos eletrônicos, impressos diretamente na pele e fabricados sobre tecidos usados no corpo.
A eletrônica flexível pode ser aplicada na área da saúde como sensores vestíveis para o monitoramento de temperatura e pressão corpórea, pressão sanguínea, taxas de mortalidade e até em diagnósticos médicos preliminares.
Além dessas aplicações, ela também pode ser utilizada no monitoramento ambiental com sensores de umidade do ar e sensores de gases tóxicos, e em embalagens inteligentes para o monitoramento do frescor de alimentos perecíveis como carnes e frios.
Os sensores de gases tradicionais são resistentes, rígidos e produzidos por tecnologia de semicondutores ou placa de circuito impresso. Essas metodologias são caras, demoradas e limitadas em amostragens e análises técnicas. Esses fatores tornam esses sensores tradicionais incompatíveis para aplicações em que haja a necessidade da adaptação do sensor em formatos mais complexos, como por exemplo, em sensores vestiveis. Para atender a alta demanda por dispositivos capazes de realizar o monitoramento ambiental e/ou da saúde humana em tempo real, o principal desafio é superar a rigidez eletrônica tradicional através do desenvolvimento de uma eletrônica flexível e extensível.
Diferentes estudos têm apontado uma correlação entre gases exalados na respiração e algumas doenças especificas. O gás NO é bem conhecido como um biomarcador do estresse oxidativo. O CO exalado é usado como biomarcador para diabetes, nefrite e produção de bilirrubina. A falência renal geralmente é detectada em estágios avançados, contudo, ela pode ser detectada em estágios iniciais pelo aumento da concentração de NH3 (~100 ppb) na respiração exalada. Além disso, o gás NH3 também é um biomarcador para doenças renais e hepáticas. O NO2 é estudado para diagnósticos de doenças pulmonares. Assim, existe um grande interesse no monitoramento e diagnóstico de doenças via biomarcadores na respiração exalada. O desenvolvimento de sensores flexíveis de baixo custo, como por exemplos sensores de gás a base de papel, é uma solução potencial para o alto custo e a frequente inacessibilidade em diagnósticos médicos.
No grupo de pesquisa Nanomateriais e Cerâmicas Avançadas (NaCA) do IFSC-USP, pesquisadores vem trabalhando para desenvolver sensores flexíveis de baixo custo a base de papel ou polímero (PET) para serem utilizados na detecção de gases tóxicos como a amônia (NH3) e o dióxido de nitrogênio (NO2). Utilizando materiais de relativo baixo custo como o óxido de zinco e grafeno, foi possível obter um material na forma de uma tinta que pode ser então depositada sobre o papel (que pode ser adquirido em uma papelaria) formando o dispositivo sensor. Os estudos encontram-se em fase de desenvolvimento, entretanto, resultados preliminares mostraram que o sensor a base de papel é mais sensível ao gás NO2, mostrando um certo grau de seletividade, ou seja, permite descriminar entre os diferentes gases presentes na atmosfera. Além disso, estes resultados foram obtidos a temperatura ambiente, significando que o dispositivo sensor não precisa de uma fonte de energia para aquecê-lo, o que é comum nos dispositivos sensores tradicionais. Os resultados obtidos até o presente momento são muito animadores mostrando que nossa pesquisa está no caminho certo.
Fontes: Prof. Dr. Valmor Roberto Mastelaro – Professor Associado III – Grupo de Pesquisa em Nanomateriais e Cerâmicas Avançadas (NaCA) -IFSC-USP; Ms. Kleber Jorge Savio Chicrala – Jornalismo Científico e Difusão Científica – CEPOF – INCT – IFSC – USP.
