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Os biossensores vestíveis sem fio têm mudado o jogo no monitoramento personalizado da saúde e na digitalização da saúde, porque podem detectar, registrar e monitorar com eficiência sinais biológicos significativos do ponto de vista médico. Antenas ressonantes sem chip são componentes altamente promissores de biossensores vestíveis, pois são acessíveis e tratáveis. No entanto, suas aplicações práticas são limitadas pela baixa sensibilidade (incapacidade de detectar pequenos sinais biológicos) causada pelo baixo fator de qualidade (Q) do sistema.
Para superar esse obstáculo, os pesquisadores liderados pelo professor Takeo Miyake, da Universidade de Waseda, pelo professor Yin Sijie, do Instituto de Tecnologia de Pequim, e Taiki Takamatsu, da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão, desenvolveram um biorressonador sem fio usando “simetria de tempo de paridade (PT)” que pode detectar minúsculos sinais biológicos. Seu trabalho foi publicado em Tecnologias Avançadas de Materiais.
Neste estudo, os pesquisadores projetaram um biorressonador que consiste em um leitor acoplado magneticamente e um sensor com alto fator Q e, portanto, maior sensibilidade a alterações bioquímicas. O leitor e o sensor compreendem um indutor (L) e um capacitor (C) que são conectados em paralelo a um resistor (R). No sensor, o resistor é um sensor químico chamado “chemirresistor” que converte sinais bioquímicos em mudanças na resistência. O quimiorresistor contém um eletrodo enzimático com uma enzima imobilizada. Mudanças bioquímicas mínimas no eletrodo enzimático (em resposta a mudanças nos níveis de biomoléculas, como açúcar no sangue ou lactato) são assim convertidas em sinais elétricos pelo sensor e, em seguida, amplificadas no leitor.
Explicando o conceito técnico por trás de seu novo biossensor, Miyake diz: “Modelamos as características do sistema de detecção sem fio PT-simétrico usando uma solução de autovalor e impedância de entrada e demonstramos experimentalmente o aprimoramento da sensibilidade no/próximo do ponto excepcional usando indutância paralela -ressonadores de resistência de capacitância (LCR). O biorressonador simétrico PT baseado em modulação de amplitude desenvolvido pode detectar pequenos sinais biológicos que até agora eram difíceis de medir sem fio. Além disso, nosso sistema simétrico PT fornece dois tipos de modos de leitura: limiar- comutação baseada e detecção linear aprimorada. Diferentes modos de leitura podem ser usados para diferentes faixas de detecção.”
Os pesquisadores testaram o sistema (aqui contendo uma enzima específica de glicose) em fluidos lacrimais humanos e descobriram que ele poderia detectar concentrações de glicose variando de 0,1 a 0,6 mM. Eles também o testaram com uma enzima específica do lactato e com a pele humana disponível comercialmente e descobriram que ele pode medir os níveis de lactato na faixa de 0,0 a 4,0 mM através do tecido da pele humana, sem perda de sensibilidade. Este resultado indica ainda que o biossensor pode ser usado como um dispositivo implantável. Comparado a um sistema baseado em antena ressonante sem chip convencional, o sistema simétrico de PT alcançou uma sensibilidade 2.000 vezes maior em linear e uma mudança relativa de 78% na detecção baseada em limite, respectivamente.
Compartilhando sua visão para o futuro, Miyake conclui: “O sistema de telemetria atual é robusto e ajustável. Ele pode aumentar a sensibilidade dos sensores a pequenos sinais biológicos. Prevemos que essa tecnologia possa ser usada para desenvolver lentes de contato inteligentes para detectar glicose lacrimal e /ou dispositivos médicos implantáveis para detectar lactato para monitoramento eficiente de diabetes e envenenamento do sangue.”
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