Em hospitais ou em casa, a temperatura geralmente é medida com um termômetro oral ou de testa, mas estes nem sempre refletem com precisão a temperatura corporal interna. Medir a temperatura interna do corpo pode facilitar a identificação de casos de doença e o risco de febre alta e perigosa.

Para tornar mais viável a obtenção de medições da temperatura corporal central, engenheiros do MIT desenvolveram um sensor ingerível capaz de enviar atualizações contínuas de temperatura a partir do trato gastrointestinal. 

O sensor tem o formato de um pequeno mirtilo, com 6 milímetros de diâmetro e 4 milímetros de altura. Isso o torna muito menor do que os sensores de temperatura ingeríveis existentes, que são mais difíceis de engolir e representam um risco potencial de obstrução do trato gastrointestinal.

“Um sensor como este nos dá a capacidade de monitorar infecções e identificá-las precocemente”, diz Giovanni Traverso, professor associado de engenharia mecânica no MIT, gastroenterologista no Brigham and Women's Hospital e membro associado do Broad Institute do MIT e Harvard. “Isso é muito relevante, principalmente para populações de risco, como pessoas imunossuprimidas por tratamentos de quimioterapia ou medicamentos imunossupressores.”

Sensores ingeríveis também poderiam permitir medições de temperatura mais precisas para o acompanhamento da fertilidade e para o monitoramento de pessoas durante a anestesia.

Traverso e Anantha Chandrakasan, reitor do MIT e professor titular da Cátedra Vannevar Bush de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, são os autores principais do novo estudo. O pós-doutorando do MIT, Saransh Sharma, é o autor principal do artigo, publicado hoje na revista Nature Electronics .

Nos últimos anos, alguns sensores de temperatura ingeríveis tornaram-se comercialmente disponíveis, mas a maioria tem o tamanho de um multivitamínico ou um pouco maior, o que dificulta a ingestão. Seu tamanho também pode aumentar o risco de obstrução do trato gastrointestinal.

Essas cápsulas tendem a ser grandes devido aos circuitos complexos que contêm, os quais exigem muita energia. Essa energia é fornecida por baterias internas relativamente grandes, que constituem grande parte do volume da cápsula.

A equipe do MIT queria projetar sensores que pudessem medir a temperatura com precisão, mas em um tamanho muito menor.

“O motivo para serem pequenos é a segurança”, diz Traverso. “Queremos algo tão pequeno que o risco de qualquer bloqueio ou obstrução seja altamente mitigado, e também que possa ser ingerido facilmente.”

Para criar um dispositivo menor, os pesquisadores se propuseram a reduzir o tamanho de todos os componentes principais: o circuito de detecção de temperatura, a antena que retransmite os dados de temperatura e a bateria.

Para o circuito, eles criaram um circuito personalizado que cabe em um chip de silício de 1 milímetro quadrado. Para reduzir o consumo de energia do chip, os pesquisadores projetaram um oscilador baseado na corrente de fuga — a pequena corrente que flui por um circuito quando ele está desligado. A frequência dessa corrente varia dependendo da temperatura do ambiente do chip.

Este circuito, capaz de detectar temperatura com precisão de 0,01 graus Celsius, requer muito pouca energia — cerca de 10 nanowatts. Isso significa que ele pode ser alimentado por uma bateria tipo moeda de 1,55 volts, que tem 4,8 milímetros de diâmetro e cerca de 1,6 milímetros de espessura.

O novo design reduz ainda mais o consumo de energia utilizando uma estratégia de comunicação conhecida como retroespalhamento. Essa abordagem permite que a maior parte da energia seja fornecida por uma antena externa localizada fora do corpo, a poucos centímetros do sensor. A antena externa emite uma onda de rádio de ultra-alta frequência, que é então modulada por uma minúscula antena dentro do sensor e enviada de volta para a antena externa. Ao interpretar as mudanças na onda de rádio, a antena externa consegue calcular o valor da temperatura.

“Combinamos todas essas peças diferentes — o chip de silício, a bateria e a antena — e as transformamos em uma cápsula ingerível, que é a menor cápsula ingerível que já vimos para paradigmas de detecção de temperatura”, diz Sharma. 

A antena interna envia uma leitura de temperatura a cada segundo, permitindo o monitoramento contínuo da temperatura.

Os pesquisadores preveem que esse tipo de sensor poderá ser útil em diversos cenários, incluindo o monitoramento de infecções e a observação de pacientes durante e após a anestesia. A anestesia frequentemente interfere nos mecanismos normais de regulação da temperatura corporal, o que pode colocar os pacientes em risco de hipotermia.

Este tipo de dispositivo também pode ser usado em casa para monitorar febre em crianças ou medir a temperatura corporal central como um marcador de ovulação, para fins de fertilidade. Também pode ser útil para monitorar atletas, soldados ou qualquer outra pessoa que possa estar exposta a temperaturas extremas. 

Para explorar esses possíveis usos, os pesquisadores testaram os sensores em animais enquanto eles estavam anestesiados e descobriram que eles conseguiam detectar e transmitir informações de temperatura com precisão. Eles também obtiveram leituras precisas de animais que estavam acordados e se movimentando ativamente.

Os pesquisadores agora estão trabalhando na combinação do sensor de temperatura com outros sensores que possam medir sinais vitais, como a frequência cardíaca. Eles esperam começar a testar esses tipos de sensores em ensaios clínicos nos próximos anos. 

Caso se mostrem eficazes para pessoas em situações de alto risco, Traverso acredita que esses sensores poderão ser amplamente utilizados por qualquer pessoa que precise monitorar sua temperatura. 

“Acho que isso poderia substituir todos os termômetros, porque é a maneira mais precisa de medir a temperatura”, diz ele. “Se tivermos sistemas em miniatura que possam ser facilmente engolidos e que forneçam dados muito precisos, superiores aos atuais, acho que isso pode ser útil de muitas maneiras.”

Outros autores do artigo incluem Yubin Cai, Injoo Moon, Zhenming Yang, Peter Chai, Niora Fabian, Kailyn Schmidt, Alison Hayward, Andrew Pettinari, Maria Platero, Benedict Laidlaw e Ashley Guevara.

A pesquisa foi financiada pela 711ª Ala de Desempenho Humano, pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada para a Saúde (ARPA-H), que ressaltam que as opiniões e conclusões contidas neste artigo são dos autores e não devem ser interpretadas como representando as políticas oficiais, expressas ou implícitas, do governo dos Estados Unidos.