Tecnologia Científica

Fibras 'invisíveis' impressas em 3D podem detectar respiração, som e células biológicas
A técnica de impressão de fibra, relatada na revista Science Advances , pode ser usada para fazer sensores respiratórios portáteis e sem contato.
Por Sarah Collins - 01/10/2020



O sensor de fibra conectado a uma cobertura facial detecta a respiração humana com alta sensibilidade e capacidade de resposta Crédito: Andy Wang

Desde a captura da respiração até a orientação dos movimentos das células biológicas, a impressão 3D de fibras condutoras minúsculas e transparentes pode ser usada para fazer dispositivos que podem 'cheirar, ouvir e tocar' - tornando-o particularmente útil para monitoramento de saúde, Internet das coisas e aplicações de biossensor.

Nossos sensores de fibra são leves, baratos, pequenos e fáceis de usar, portanto, podem ser potencialmente transformados em dispositivos de teste doméstico para permitir que o público em geral execute testes autoadministrados para obter informações sobre seus ambientes

Yan Yan Shery Huang

Pesquisadores da Universidade de Cambridge usaram técnicas de impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, para fazer fibras eletrônicas, cada uma 100 vezes mais fina do que um fio de cabelo humano, criando sensores além da capacidade dos dispositivos convencionais baseados em filme.

A técnica de impressão de fibra, relatada na revista Science Advances , pode ser usada para fazer sensores respiratórios portáteis e sem contato. Esses sensores impressos são de alta sensibilidade, baixo custo e podem ser acoplados a um telefone celular para coletar informações do padrão de respiração, som e imagens ao mesmo tempo.

O primeiro autor Andy Wang, um estudante de PhD do Departamento de Engenharia de Cambridge, usou o sensor de fibra para testar a quantidade de umidade da respiração que vazou através de seu rosto, para condições respiratórias, como respiração normal, respiração rápida e tosse simulada. Os sensores de fibra superaram significativamente os sensores comerciais comparáveis, especialmente no monitoramento da respiração rápida, que reproduz a falta de ar.

Embora o sensor de fibra não tenha sido projetado para detectar partículas virais, uma vez que as evidências científicas cada vez mais apontam para o fato de que as partículas virais, como o coronavírus, podem ser transmitidas por meio de gotículas respiratórias e aerossóis, medindo a quantidade e a direção da umidade do ar que vaza através de diferentes tipos de coberturas faciais podem atuar como um indicador nos pontos 'fracos' da proteção.  

A equipe descobriu que a maior parte do vazamento de tecido ou máscaras cirúrgicas vem da frente, especialmente durante a tosse, enquanto a maioria das máscaras N95 vem da parte superior e laterais com encaixes apertados. No entanto, ambos os tipos de máscaras faciais, quando usadas corretamente, ajudam a enfraquecer o fluxo da respiração exalada.

“Sensores feitos de pequenas fibras condutoras são especialmente úteis para a detecção volumétrica de fluido e gás em 3D, em comparação com as técnicas convencionais de filme fino, mas até agora, tem sido um desafio imprimi-los e incorporá-los em dispositivos e fabricá-los em escala , ”Disse o Dr. Yan Yan Shery Huang do Departamento de Engenharia de Cambridge, que liderou a pesquisa.

Huang e seus colegas imprimiram em 3D as fibras compostas, que são feitas de prata e / ou polímeros semicondutores. Esta técnica de impressão de fibra cria uma estrutura de fibra núcleo-casca, com um núcleo de fibra condutora de alta pureza envolto por uma fina bainha de polímero protetor, semelhante à estrutura de fios elétricos comuns, mas em uma escala de alguns micrômetros de diâmetro.

Além dos sensores respiratórios, a técnica de impressão também pode ser usada para fazer fibras biocompatíveis de dimensão semelhante às células biológicas, o que lhes permite guiar os movimentos celulares e 'sentir' esse processo dinâmico como sinais elétricos. Além disso, as fibras são tão pequenas que são invisíveis a olho nu, então, quando são usadas para conectar pequenos elementos eletrônicos em 3D, parece que os eletrônicos estão 'flutuando' no ar.

“Nossos sensores de fibra são leves, baratos, pequenos e fáceis de usar, portanto, podem ser potencialmente transformados em dispositivos de teste doméstico para permitir que o público em geral realize testes autoaplicáveis ​​para obter informações sobre seus ambientes”, disse Huang.

A equipe procura desenvolver esta técnica de impressão de fibra para uma série de sensores multifuncionais, que poderiam detectar mais espécies de respiração para monitoramento de saúde móvel ou para aplicativos de interface de bio-máquina.

 

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