Ultrafino e

A doença cardiovascular é a principal causa de morte em todo o mundo. O monitoramento cardíaco contínuo pode permitir a detecção precoce de doenças cardíacas, permitindo uma intervenção oportuna para prevenir complicações cardíacas graves. Os dispositivos de monitoramento tradicionais, no entanto, são projetados para ambientes clínicos e são muito pesados ​​e consomem muita energia para medições de longo prazo de pessoas em movimento.

Uma equipe liderada pela Universidade do Texas em Austin pretende resolver esse problema com a criação de um dispositivo ultrafino (200 µm) e leve (2,5 g) que fornece monitoramento cardíaco contínuo fora da clínica. A tatuagem eletrônica elástica, ou e-tatuagem, é fixada no peito por meio de um curativo médico. Possui consumo de energia ultrabaixo (menos de 3 mW), funciona com uma pequena bateria com vida útil de mais de 40 horas e transmite dados em tempo real sem fio para um dispositivo host, como um telefone celular.

"A maioria das doenças cardíacas não é muito óbvia. O dano está sendo feito em segundo plano e nem sabemos disso", explica o principal autor Nanshu Lu em um comunicado à imprensa. "Se pudermos ter monitoramento móvel contínuo em casa, podemos fazer diagnóstico e tratamento precoces e, se isso puder ser feito, 80% das doenças cardíacas podem ser evitadas".

A e-tattoo funciona medindo dois sinais cardíacos principais: a atividade elétrica do coração via eletrocardiografia (ECG); e ritmo cardíaco mecânico (vibrações sutis causadas pela contração do coração e movimento do sangue) via sismocardiografia (SCG). O sensor de ECG interage com o corpo usando eletrodos de filme de grafite biocompatíveis, enquanto o SCG é registrado por um acelerômetro de alta resolução e baixo ruído.

A sincronização entre os sinais de ECG e SCG permite a medição dos principais intervalos de tempo cardíacos – o período de pré-ejeção (PEP) e o tempo de ejeção do ventrículo esquerdo (LVET) – com alta precisão. Tais intervalos de tempo são indicadores importantes de muitas doenças cardiovasculares, mas atualmente só podem ser medidos por meios invasivos.

"Essas duas medições, elétrica e mecânica, juntas podem fornecer uma imagem muito mais abrangente e completa do que está acontecendo com o coração", diz Lu. “Há muito mais características cardíacas que podem ser extraídas dos dois sinais medidos de forma síncrona de maneira não invasiva”.

Uma e-tattoo projetada para uso prolongado deve ser confortável, em conformidade com os contornos do peito e esticada com a pele à medida que o usuário se move. Para conseguir isso, a equipe usou interconexões serpentinas entre os sensores e os circuitos eletrônicos. Eles descobriram que a e-tatuagem pode esticar até 20% sem nenhum dano ou queda na qualidade do sinal.

Para validar a qualidade dos sinais adquiridos, os pesquisadores compararam os dados dos sensores da e-tattoo com dispositivos clínicos padrão-ouro, observando que ambos os dispositivos capturavam sinais e dados equivalentes. Em seguida, eles testaram a e-tatuagem em cinco voluntários saudáveis, que usaram a e-tatuagem enquanto mantinham poses estáticas e pedalavam sob carga incremental com pausas. Para comparação, os participantes também usaram um monitor de débito cardíaco não invasivo (NICOM).

Durante as poses estáticas, as frequências cardíacas medidas pela e-tattoo e pelo NICOM concordaram bem para todos os participantes, com uma diferença de 0,07±1,21 batimentos por minuto (bpm). À medida que os participantes passaram de deitados para sentados e depois para em pé, a e-tattoo registrou aumento do PEP e diminuição do LVET, conforme esperado. Isso demonstra a capacidade do aparelho de medir pequenas alterações nos intervalos de tempo cardíaco causadas por variações de postura.

Tatuagem de grafeno fornece monitoramento de pressão arterial sem manguito

No experimento de ciclismo, as medições da frequência cardíaca da e-tattoo e do NICOM foram novamente altamente correlacionadas, com uma diferença de 0,02±1,24 bpm. O sinal de ECG permaneceu intacto durante o ciclo, mas o sinal de SCG foi corrompido por artefatos de movimento. Assim, os pesquisadores examinaram os períodos de descanso entre cada segmento de ciclismo, durante os quais a diferença média no LVET entre a e-tattoo e o NICOM foi de -0,44 ± 8,74 ms. Essa relação linear mostra que a e-tattoo pode fornecer uma alternativa viável para monitores clínicos volumosos e caros.