Sensores biodegradáveis: os implantes que medem e depois se dissolvem
Sensores biodegradáveis são dispositivos eletrônicos feitos para funcionar por um tempo determinado dentro do corpo e depois se dissolver, sem cirurgia de retirada. O exemplo mais avançado é um marcapasso temporário com 1,8 mm de largura e 3,5 mm de comprimento, menor que um grão de arroz, que é injetado por seringa. Nenhum desses dispositivos está em uso clínico: os estudos publicados são em animais e em corações de doadores.
Este artigo explica o problema que eles resolvem, do que são feitos, o que cada protótipo conseguiu medir e o que falta para chegarem aos hospitais. As fontes são os comunicados das universidades que publicaram os estudos, o instituto de saúde dos Estados Unidos (NIH) e o relatório da ONU sobre lixo eletrônico.
O problema: o implante que precisa sair
Muitos implantes são necessários só por dias ou semanas. Depois de uma cirurgia cardíaca, o paciente pode precisar de um marcapasso temporário até o coração retomar o ritmo. Depois de um traumatismo craniano, é preciso medir a pressão dentro do crânio durante a fase crítica. Em seguida, o aparelho tem de ser retirado.
A retirada é o risco. O comunicado da Universidade Northwestern sobre o marcapasso que se dissolve lista os problemas dos fios temporários usados hoje: infecção, deslocamento, dano ao tecido na hora de puxar, sangramento e coágulos. Um dispositivo que desaparece sozinho elimina essa segunda intervenção. Os implantes feitos para ficar, que seguem outra lógica, estão em sensores implantáveis no monitoramento cardíaco e em ligas metálicas em próteses.
Do que é feito um circuito que se dissolve
A eletrônica comum é projetada para não reagir com nada. A eletrônica transiente, nome técnico do campo, usa materiais que a água do corpo consome aos poucos:
- Polímeros: plásticos como o PLGA e o PLLA, da mesma família dos fios de sutura absorvíveis, servem de base e de cápsula.
- Metais: magnésio e molibdênio fazem os fios e os eletrodos.
- Silício: em camadas extremamente finas, faz os componentes eletrônicos.
O tempo de vida é ajustado pela espessura e pela composição das camadas: mais material, mais tempo. O campo ganhou nome com um artigo de 2012 na revista Science, do grupo do pesquisador John Rogers. Não lemos esse artigo, e por isso não trazemos as taxas de dissolução de cada material. Polímeros de origem biológica aparecem também em Shrilk.
O que cada protótipo fez
| Dispositivo | Ano e origem | O que fez | Testado em |
|---|---|---|---|
| Sensor de pressão e temperatura no crânio | 2016, Washington University e Illinois | Mediu e transmitiu sem fio; dissolveu-se em poucos dias em solução salina | Ratos |
| Sensor de pressão piezoelétrico | 2018, Universidade de Connecticut | Detectou a respiração por 4 dias, junto ao diafragma | Camundongos |
| Estimulador de nervo | 2018, Washington University e Northwestern | Estimulou o nervo por 1 hora ao dia; absorvido em cerca de 2 semanas | Ratos |
| Sensor de fluxo em artéria | 2019, Stanford | Detectou o bloqueio completo da artéria, sem bateria | Rato |
| Marcapasso temporário | 2021, Northwestern | Estimulou o coração sem fios nem bateria; absorvido em 5 a 7 semanas | Animais pequenos e grandes |
| Marcapasso do tamanho de um grão de arroz | 2025, Northwestern | Ativado por luz, injetável por seringa | Animais e corações de doadores |
O sensor do crânio. Segundo o comunicado da Washington University, é feito de PLGA e silício, mede pressão e temperatura dentro do crânio e manda os dados para um monitor externo. Os autores apontavam como próximo passo o teste em pacientes; não encontramos confirmação de que tenha ocorrido.
O sensor de pressão. Segundo o NIH, é um filme de PLLA entre eletrodos de molibdênio ou magnésio, com 5 mm por 5 mm e 0,2 mm de espessura. O PLLA é piezoelétrico: gera uma pequena tensão quando é pressionado, o mesmo princípio de alguns microfones. O protótipo ainda dependia de um fio até um amplificador externo.
O sensor de artéria. Envolve o vaso depois de uma cirurgia. A pulsação deforma o sensor e muda uma propriedade elétrica que um leitor externo consulta, como um leitor de crachá, conta a Universidade Stanford. A versão publicada só distinguia artéria aberta de artéria totalmente bloqueada.
Os dois marcapassos
O marcapasso de 2021 tem 250 micrômetros de espessura, um quarto de milímetro, e pesa menos de meio grama. Não tem bateria: recebe energia por indução, de uma antena externa, pela mesma tecnologia dos pagamentos por aproximação.
A versão de 2025 encolheu de outra forma. Com 1,8 mm por 3,5 mm por 1 mm, o volume da caixa que o contém é de 1,8 × 3,5 × 1 = cerca de 6 milímetros cúbicos. Segundo a Physics World, um dispositivo macio e sem fio, preso ao peito, acompanha o batimento e, quando detecta irregularidade, emite pulsos de luz infravermelha que atravessam o corpo e ativam o marcapasso. O alvo declarado são os bebês com defeito cardíaco congênito, cerca de 1% dos nascimentos, em quem os fios temporários comuns são grandes demais.
O que ainda falta
Controlar o relógio. O dispositivo precisa funcionar bem até o último dia útil e só então falhar. A dificuldade de projeto é que a água do corpo age sobre o aparelho desde o primeiro dia, e não só no último.
Energia e comunicação. Baterias comuns não se dissolvem. As soluções atuais transferem energia de fora, o que exige uma antena ou um emissor de luz junto ao corpo. Dois dos protótipos ainda tinham limitações básicas: um dependia de fio, o outro só dava resposta de sim ou não.
A prova em pessoas. Tudo o que lemos descreve testes em animais ou em corações de doadores. Os pesquisadores do estimulador de nervo foram diretos: ainda não é uma opção de tratamento, porque não foi testado em pessoas. Não encontramos registro de aprovação de nenhum desses dispositivos por agência reguladora.
Fora do corpo
A mesma ideia interessa a um problema maior. Segundo o relatório da ONU de 2024, o mundo gerou 62 milhões de toneladas de lixo eletrônico em 2022, 82% a mais que em 2010, e só 22,3% foram documentados como coletados e reciclados. A projeção é de 82 milhões de toneladas em 2030.
Sensores que se degradam no solo depois de uma safra seriam uma parte pequena da resposta. A maior parte desse lixo são aparelhos comuns, de eletrodomésticos a brinquedos, para os quais a saída continua sendo reciclagem. Formas pouco convencionais de degradar materiais estão em reciclagem de plásticos por larvas.
Perguntas frequentes
O que são sensores biodegradáveis?
São dispositivos eletrônicos feitos de materiais que o corpo absorve, projetados para funcionar por dias ou semanas e depois se dissolver.
Para que servem?
Para monitorar ou tratar por pouco tempo, como medir a pressão no crânio depois de um trauma ou estimular o coração depois de uma cirurgia, sem precisar de retirada.
Do que são feitos?
De polímeros absorvíveis, como PLGA e PLLA, de metais como magnésio e molibdênio e de camadas muito finas de silício.
Já são usados em pacientes?
Não. Os estudos publicados que consultamos são em animais e em corações de doadores de órgãos.
Quanto tempo duram no corpo?
De dias a semanas, conforme o projeto. O marcapasso de 2021 é absorvido em 5 a 7 semanas.
Os sensores biodegradáveis invertem a meta da eletrônica, que sempre foi durar. A física já funciona em laboratório; o que falta é provar, em pessoas, que o aparelho some na hora certa. Outras tecnologias avaliadas pelo que já entregam estão em inovações tecnológicas na engenharia.
