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Cientistas da Universidade Nacional de Cingapura e do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais da A*STAR inventaram um patch de sensor habilitado para AI, sem bateria e semelhante a papel – PETAL – para monitoramento conveniente e eficaz da recuperação de feridas. Esta nova tecnologia fornece alerta precoce de complicações para melhorar o tratamento de feridas. O adesivo de sensor PETAL sem bateria e semelhante a papel usa cinco sensores colorimétricos para medir biomarcadores na ferida em 15 minutos. Um algoritmo de IA proprietário analisa rapidamente a imagem digital do patch do sensor para determinar o status de cicatrização da ferida com uma taxa de precisão de 97%.
O monitoramento oportuno e eficaz do estado de cicatrização de feridas é fundamental para o tratamento e gerenciamento de feridas. A cicatrização de feridas prejudicada, como feridas crônicas (ou seja, aquelas que não cicatrizam após 3 meses) e cicatrizes patológicas pós-queimaduras, podem resultar em complicações médicas com risco de vida e considerável carga econômica para pacientes e sistemas de saúde em todo o mundo.
Uma invenção recente de uma equipe de pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) e do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE) da A*STAR fornece uma maneira simples, conveniente e eficaz de monitorar a recuperação de feridas para que a intervenção clínica possa ser desencadeada em tempo hábil para melhorar o tratamento e o manejo de feridas.
Atualmente, a cicatrização de feridas é normalmente examinada visualmente por um clínico. As infecções de feridas são diagnosticadas principalmente por meio de esfregaço seguido de uma cultura de bactérias que envolve um longo tempo de espera e não fornece um diagnóstico oportuno da ferida. Isso torna a previsão precisa da cicatrização de feridas desafiadora no cenário clínico. Além disso, a avaliação da ferida geralmente requer a remoção manual frequente do curativo, o que eleva os riscos de infecção e pode causar dor e trauma adicionais aos pacientes.
“Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores da NUS combinaram nossa experiência em eletrônica flexível, inteligência artificial (IA) e processamento de dados de sensores com recursos de nanossensores de pesquisadores do IMRE para desenvolver uma solução inovadora que poderia beneficiar pacientes com feridas complexas”, disse o professor associado Benjamin Tee do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do NUS College of Design and Engineering e do NUS Institute for Health Innovation & Technology.
A PÉTALA (Ptipo aper Battery-free In sitvocê AMu ativado por Ieutiplexed) é composto por 5 sensores colorimétricos que podem determinar o estado de cicatrização da ferida do paciente em 15 minutos, medindo uma combinação de biomarcadores – temperatura, pH, trimetilamina, ácido úrico e umidade da ferida. Esses biomarcadores foram cuidadosamente selecionados para avaliar com eficácia a inflamação e a infecção da ferida, bem como a condição do ambiente da ferida.
“Desenhamos o adesivo de sensor PETAL semelhante a papel para ser fino, flexível e biocompatível, permitindo que seja integrado com facilidade e segurança ao curativo para a detecção de biomarcadores. gerenciamento de tratamento de feridas em hospitais ou mesmo em ambientes de saúde não especializados, como residências”, explicou o Dr. Su Xiaodi, cientista principal, Departamento de Materiais Macios, IMRE da A*STAR.
O patch do sensor é capaz de operar sem uma fonte de energia – as imagens do sensor são capturadas por um telefone celular e analisadas por algoritmos de IA para determinar o estado de cura do paciente.
Assoc Prof Tee disse: “Nosso algoritmo de IA é capaz de processar dados rapidamente de uma imagem digital do patch do sensor para uma classificação muito precisa do status de cicatrização. Isso pode ser feito sem remover o sensor da ferida. Dessa forma, médicos e pacientes pode monitorar feridas com mais regularidade com pouca interrupção na cicatrização de feridas. Intervenção médica oportuna pode então ser administrada adequadamente para prevenir complicações adversas e cicatrizes.”
O design e a fabricação do patch do sensor PETAL foram relatados na revista científica Avanços da ciência em 16 de junho de 2023.
O sensor sem bateria analisa cinco biomarcadores de feridas em um único patch
A maioria dos sensores de feridas vestíveis mede apenas um ou um pequeno número de parâmetros e requer placas de circuito impresso e baterias volumosas. O patch do sensor PETAL, por outro lado, atualmente mede 5 biomarcadores e não requer nenhuma bateria para operar. Mais biomarcadores podem ser adicionados, se necessário.
Cada patch do sensor PETAL consiste em um painel fluídico padronizado na forma de uma flor cata-vento de cinco pétalas, com cada ‘pétala’ atuando como uma região de detecção. Uma abertura no centro do painel fluídico coleta o fluido da ferida e distribui o fluido uniformemente por meio de 5 canais de amostragem para as regiões de detecção para análise. Cada região de detecção usa um produto químico de mudança de cor diferente para detectar e medir os respectivos indicadores de ferida – temperatura, pH, trimetilamina, ácido úrico e umidade.
O painel fluídico é colocado entre 2 filmes finos. A camada superior de silicone transparente permite as funções normais da pele de troca de oxigênio e umidade e também permite a exibição de imagens para captura e análise precisas de imagens. A camada inferior de contato com a ferida prende suavemente o remendo do sensor à pele e protege o leito da ferida do contato direto com o painel do sensor, para minimizar as rupturas do tecido da ferida.
Depois de acumular líquido suficiente na ferida (geralmente em algumas horas ou em alguns dias), o adesivo do sensor PETAL concluirá a detecção de biomarcadores em 15 minutos. Imagens ou um vídeo do patch do sensor podem ser gravados em um telefone celular para classificação usando o algoritmo AI proprietário.
Em experimentos de laboratório, o patch do sensor PETAL demonstrou uma alta precisão de 97% na diferenciação de feridas crônicas e queimaduras que cicatrizam e não cicatrizam.
Amigável para feridas e versátil
Não há sinais aparentes de reações adversas observadas na superfície da pele em contato com o adesivo do sensor PETAL durante quatro dias, demonstrando a biocompatibilidade do adesivo do sensor PETAL para monitoramento ambulatorial de feridas.
No estudo atual, o desempenho do sensor PETAL foi demonstrado em feridas crônicas e queimaduras. Essa tecnologia habilitada para IA pode ser adaptada e personalizada para outros tipos de feridas, incorporando diferentes sensores colorimétricos, como glicose, lactato ou interleucina-6 para úlceras diabéticas. O número de zonas de detecção também pode ser facilmente reconfigurado para detectar diferentes biomarcadores simultaneamente, de modo que sua aplicação pode ser ampliada para diferentes tipos de feridas.
Próximos passos
Uma patente internacional para esta invenção foi arquivada e os pesquisadores planejam avançar para testes clínicos em humanos a seguir.
O desenvolvimento do sensor PETAL foi realizado em colaboração com a equipe de pesquisa do professor David Becker da Nanyang Technological University e do Skin Research Institute Singapore.
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