Rui Sintra – IFSC/USP
Tecnologia desenvolvida por equipe internacional, com participação de pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), abre novas perspectivas para a criação de dispositivos capazes de acompanhar alterações químicas no organismo de forma rápida, sensível e pouco invasiva.
A possibilidade de acompanhar, em tempo real, alterações importantes no funcionamento do organismo humano, recorrendo a dispositivos eletrônicos flexíveis, leves e de pequenas dimensões, está cada vez mais próxima de se transformar numa realidade. Uma investigação científica internacional, que contou com a participação de pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), apresenta resultados promissores no desenvolvimento de uma nova geração de sensores que poderão contribuir para transformar a maneira como determinados indicadores da saúde são monitorados.
O estudo, publicado na prestigiada revista científica “Biosensors and Bioelectronics”, apresenta uma plataforma eletrônica flexível, produzida com grafeno, capaz de detectar alterações de acidez (pH) e concentrações de sódio e potássio, três parâmetros que desempenham funções importantes no equilíbrio do organismo humano.
A investigação reuniu pesquisadores do Imperial College London, no Reino Unido, da Universidade de Catania, na Itália, e do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), contando, entre os seus autores, com os pesquisadores Thiago Serafim Martins e Osvaldo Novais de Oliveira Júnior, vinculados a este Instituto.
Mais do que desenvolver um novo componente eletrônico, os cientistas procuraram responder a um desafio que acompanha a evolução da medicina moderna: como obter informações sobre o estado fisiológico de uma pessoa de maneira contínua, sem depender exclusivamente de exames laboratoriais convencionais?
O grafeno como protagonista de uma nova tecnologia
No centro desta investigação encontra-se o grafeno, um material constituído por uma camada extremamente fina de átomos de carbono, organizados numa estrutura que lembra uma rede hexagonal.
Apesar da sua espessura extraordinariamente reduzida, o grafeno apresenta propriedades elétricas e mecânicas que despertam grande interesse científico e tecnológico. É um excelente condutor de eletricidade, possui elevada resistência mecânica e pode ser utilizado na fabricação de dispositivos flexíveis.
Foi precisamente essa combinação de características que levou os pesquisadores a utilizá-lo na construção de sensores capazes de identificar pequenas alterações na composição química de líquidos.
A tecnologia desenvolvida utiliza uma espécie de tinta de grafeno, preparada em laboratório e depositada sobre uma base plástica flexível. Sobre determinados componentes são aplicadas membranas especiais, concebidas para reconhecer seletivamente a presença de sódio ou potássio.
Quando esses elementos entram em contato com o sensor, provocam alterações nas suas propriedades elétricas. Essas mudanças são registradas pelo dispositivo, permitindo identificar variações nas concentrações das substâncias analisadas.
Na prática, trata-se de transformar informações químicas em sinais elétricos que podem ser medidos e interpretados por equipamentos eletrônicos.
Uma das particularidades desta plataforma reside na possibilidade de acompanhar dois parâmetros simultaneamente, como a acidez e o sódio, ou a acidez e o potássio, sem que as medições apresentem interferências significativas entre si.
Esta capacidade representa um avanço importante, sobretudo quando se considera que muitos dispositivos convencionais foram concebidos para identificar apenas uma substância de cada vez.
Um dispositivo que pode acompanhar os movimentos do corpo
Outro aspecto relevante da investigação está relacionado com a flexibilidade do sensor. Ao contrário de muitos componentes eletrônicos tradicionais, fabricados sobre superfícies rígidas, a plataforma desenvolvida pelos pesquisadores utiliza uma base que pode ser dobrada sem comprometer significativamente o seu funcionamento.
Durante os ensaios laboratoriais, os cientistas submeteram os dispositivos a curvaturas de 60 e 120 graus, verificando que continuavam a apresentar resultados estáveis e sensíveis às alterações químicas analisadas.
Os pesquisadores realizaram ainda testes envolvendo até 500 ciclos de flexão, destinados a avaliar a resistência do material a deformações repetidas. Mesmo depois desses procedimentos, os sensores de grafeno mantiveram a capacidade de identificar alterações de pH, embora tenha sido observada alguma redução de sensibilidade. Esta característica é particularmente importante para o desenvolvimento futuro de tecnologias que possam ser incorporadas em dispositivos utilizados diretamente sobre a pele.
Imagine-se, por exemplo, um pequeno sensor integrado num adesivo flexível, capaz de acompanhar determinadas alterações na composição do suor durante atividades físicas ou em situações que exijam acompanhamento fisiológico.
Embora esta aplicação ainda dependa de novas etapas de investigação e validação, os resultados apresentados demonstram que a tecnologia possui características compatíveis com esse tipo de utilização.
O que o suor pode revelar sobre a saúde?
O suor humano contém informações químicas que podem ser úteis para compreender determinados processos fisiológicos.
Entre os seus componentes encontram-se o sódio e o potássio, dois elementos essenciais para o funcionamento das células, a transmissão de impulsos nervosos, a contração muscular e a manutenção do equilíbrio de líquidos no organismo.
Alterações nas concentrações desses elementos podem estar relacionadas com diferentes condições fisiológicas, incluindo perdas de eletrólitos associadas à transpiração.
Por sua vez, o pH, que indica o grau de acidez ou alcalinidade de uma substância, também pode fornecer informações relevantes sobre determinados processos biológicos.
Para avaliar a eficácia da tecnologia em condições mais próximas das aplicações pretendidas, os pesquisadores realizaram experiências utilizando suor artificial, preparado em laboratório com características químicas semelhantes às encontradas no suor humano.
Foram analisadas soluções com diferentes níveis de acidez e alcalinidade, permitindo verificar se os sensores continuavam capazes de identificar alterações nas concentrações dos elementos estudados.
Os resultados foram positivos: os dispositivos mantiveram a capacidade de detectar variações de pH, sódio e potássio, embora a sensibilidade tenha sido inferior à observada em soluções laboratoriais mais simples.
Os pesquisadores também avaliaram a detecção de potássio numa solução artificial que reproduz determinadas características dos líquidos presentes em feridas, obtendo respostas mensuráveis às alterações de concentração.
Essas experiências reforçam o potencial da plataforma para futuras aplicações no acompanhamento de parâmetros bioquímicos, mas não representam ainda uma validação clínica em seres humanos.
É importante sublinhar que a medição de eletrólitos no suor não permite, por si só, determinar diretamente as respectivas concentrações no sangue. Para que a tecnologia venha a ser utilizada em decisões clínicas, serão necessários estudos adicionais que estabeleçam a relação entre as medições realizadas e as condições fisiológicas que se pretende acompanhar.
Sensibilidade e rapidez são características fundamentais
A investigação também procurou determinar até que ponto os sensores seriam capazes de identificar alterações muito pequenas nas substâncias analisadas.
Foram testadas cinco configurações diferentes do dispositivo, permitindo selecionar aquela que apresentava o melhor desempenho.
A configuração mais eficiente conseguiu identificar alterações de pH tão pequenas quanto 0,016 unidade, um resultado que demonstra a elevada sensibilidade da plataforma.
Os sensores apresentaram ainda tempos de resposta de aproximadamente dois a oito segundos nas experiências de detecção de pH, uma característica relevante para sistemas destinados ao acompanhamento contínuo.
No caso do sódio e do potássio, os dispositivos conseguiram identificar concentrações reduzidas desses elementos, com limites experimentais de detecção de aproximadamente 5 micromoles por litro para o sódio e 0,5 micromol por litro para o potássio.
Para além da precisão, a tecnologia apresenta outra vantagem: a possibilidade de fabricação por processos de impressão e deposição de materiais, que poderão facilitar a produção de sensores em maior escala.
Este aspecto é particularmente importante quando se considera que a viabilidade de uma nova tecnologia não depende apenas do seu desempenho científico, mas também da possibilidade de ser fabricada de forma economicamente acessível.
A participação brasileira numa investigação internacional
A presença de pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos nesta investigação evidencia a importância da colaboração científica internacional na procura de soluções tecnológicas para problemas que ultrapassam as fronteiras dos laboratórios.
O trabalho envolveu conhecimentos de diferentes áreas, incluindo física, química, ciência dos materiais e eletrônica, demonstrando como a integração de competências científicas pode contribuir para o desenvolvimento de tecnologias com aplicações potenciais na saúde.
A participação de Thiago Serafim Martins e Osvaldo Novais de Oliveira Júnior insere o IFSC/USP numa investigação que procura aproximar as propriedades extraordinárias de materiais como o grafeno das necessidades concretas da sociedade.
Trata-se de um exemplo de como a investigação fundamental, muitas vezes associada a fenômenos que parecem distantes da realidade cotidiana, pode abrir caminhos para soluções tecnológicas com impacto potencial na qualidade de vida das pessoas.
Naturalmente, existe ainda um percurso a cumprir entre os resultados obtidos em laboratório e a disponibilização de equipamentos destinados ao uso cotidiano ou clínico.
Será necessário aprofundar os estudos sobre a estabilidade dos sensores durante períodos prolongados, a sua utilização em amostras biológicas reais, a resistência às condições de uso e a confiabilidade das informações produzidas.
Ainda assim, os resultados alcançados representam uma contribuição relevante para uma área científica em expansão.
Uma medicina cada vez mais próxima do paciente
A evolução dos dispositivos eletrônicos flexíveis, associada aos avanços da ciência dos materiais, está a criar oportunidades para o desenvolvimento de novas formas de acompanhamento da saúde.
Em vez de depender exclusivamente de medições realizadas em momentos isolados, determinadas tecnologias poderão permitir, no futuro, a observação contínua de indicadores fisiológicos, contribuindo para identificar alterações que mereçam uma avaliação mais aprofundada.
É neste contexto que a investigação agora publicada ganha especial significado.
Ao demonstrar que uma plataforma flexível de grafeno consegue detectar diferentes parâmetros químicos em tempo real, mantendo um desempenho estável mesmo quando submetida a deformações mecânicas, os pesquisadores apresentam uma alternativa promissora para o desenvolvimento de futuros sensores vestíveis.
O caminho entre a descoberta científica e a aplicação prática nem sempre é curto. Exige novos estudos, aperfeiçoamentos tecnológicos e processos rigorosos de validação.
Contudo, é precisamente através de investigações como esta, nas quais a ciência brasileira participa em colaboração com instituições internacionais, que se constroem as bases das tecnologias que poderão integrar os cuidados de saúde das próximas décadas.
E talvez seja essa uma das dimensões mais interessantes deste trabalho: demonstrar que uma película extremamente fina de carbono, praticamente invisível aos nossos olhos, poderá desempenhar um papel importante na forma como acompanharemos a saúde humana no futuro.
Para conferir o artigo original relativo a esta pesquisa, clique no link – https://www2.ifsc.usp.br/portal-ifsc/wp-content/uploads/2026/10/1-s2.0-S0956566326006895-main-chu.pdf
