19/07/2021 às 19h40min - Atualizada em 19/07/2021 às 19h40min

A nova nanotecnologia da TAU produz corrente elétrica "saudável" do próprio corpo humano

O Approach permite o carregamento de marcapassos cardíacos usando apenas os batimentos cardíacos, eliminando a necessidade de baterias

Cristina Barroso

Tel Aviv University

(REPRODUÇÃO)

Um novo desenvolvimento da nanotecnologia de uma equipe de pesquisa internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Tel Aviv permitirá a geração de correntes elétricas e voltagem dentro do próprio corpo humano por meio da ativação de vários órgãos por meio de força mecânica. O desenvolvimento envolve um novo material biológico muito forte, semelhante ao colágeno, que não é tóxico e não causa danos aos tecidos do corpo.

Os pesquisadores acreditam que essa nova nanotecnologia tem muitas aplicações potenciais na medicina, incluindo a coleta de energia limpa para operar marca-passos e outros dispositivos implantados no corpo por meio dos movimentos naturais do corpo, eliminando a necessidade de baterias e a cirurgia necessária para substituí-las.

O estudo foi conduzido pelo Professor Ehud Gazit da Escola Shmunis de Biomedicina e Pesquisa do Câncer da George S. Wise Faculdade de Ciências da Vida da TAU , do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia Fleischman e do Centro de Nanociência e Nanotecnologia , junto com sua equipe de laboratório, Dr. Santu Bera e Dr. Wei Ji .

Pesquisadores do Instituto Weizmann e de vários institutos de pesquisa na Irlanda, China e Austrália também participaram do estudo, que foi publicado na Nature Communications .

“O colágeno é a proteína mais prevalente no corpo humano, constituindo cerca de 30% de todas as proteínas em nosso corpo” , explica o professor Gazit, que também é diretor fundador do Blavatnik Center for Drug Discovery da TAU . “É um material biológico com estrutura helicoidal e uma variedade de propriedades físicas importantes, como resistência mecânica e flexibilidade, úteis em muitas aplicações. No entanto, como a molécula de colágeno em si é grande e complexa, os pesquisadores há muito procuram uma molécula minimalista, curta e simples que seja baseada em colágeno e exiba propriedades semelhantes.

“Há cerca de um ano e meio, nosso grupo publicou um estudo no qual usamos meios nanotecnológicos para criar um novo material biológico que atendesse a esses requisitos”, continua o professor Gazit. “É um tripeptídeo - uma molécula muito curta chamada Hyp-Phe-Phe consistindo de apenas três aminoácidos - capaz de um processo simples de automontagem para formar uma estrutura helicoidal semelhante ao colágeno, que é flexível e possui uma força semelhante a essa do titânio metálico.

“No presente estudo, procuramos verificar se o novo material que desenvolvemos possui piezoeletricidade, outra característica que caracteriza o colágeno. A piezoeletricidade é a capacidade de um material de gerar correntes elétricas e voltagem como resultado da aplicação de força mecânica, ou vice-versa, de criar uma força mecânica como resultado da exposição a um campo elétrico. ”

Os pesquisadores criaram estruturas nanométricas do material projetado e, com a ajuda de ferramentas avançadas de nanotecnologia, aplicaram pressão mecânica sobre elas. O experimento revelou que o material realmente produz correntes elétricas e voltagem como resultado da pressão.

Além disso, estruturas minúsculas de meras centenas de nanômetros demonstraram um dos mais altos níveis de capacidade piezoelétrica já descoberto, comparável ou superior ao dos materiais piezoelétricos comumente encontrados no mercado atual, a maioria dos quais contém chumbo e são inadequados para aplicações médicas.

Segundo os pesquisadores, a descoberta de piezoeletricidade dessa magnitude em um material nanométrico é de grande importância, pois demonstra a capacidade do material projetado de servir como uma espécie de minúsculo motor para dispositivos muito pequenos. Em seguida, os pesquisadores planejam aplicar métodos de cristalografia e mecânica quântica computacional (teoria do funcional da densidade) para obter uma compreensão aprofundada do comportamento piezoelétrico do material e, assim, permitir a engenharia precisa de cristais para a construção de dispositivos biomédicos.

“A maioria dos materiais piezoelétricos que conhecemos hoje são materiais tóxicos à base de chumbo, ou polímeros, o que significa que eles não são amigos do ambiente e do corpo humano”, diz o professor Gazit. “Nosso novo material, no entanto, é totalmente biológico e adequado para uso dentro do corpo.

“Por exemplo, um dispositivo feito desse material pode substituir uma bateria que fornece energia para implantes como marca-passos, embora deva ser substituída de vez em quando. Movimentos corporais, como batimentos cardíacos, movimentos da mandíbula, evacuações ou qualquer outro movimento que ocorra no corpo regularmente, carregará o dispositivo com eletricidade, que ativará continuamente o implante ”.

Seu foco atual é o desenvolvimento de dispositivos médicos, mas o Professor Gazit enfatiza que “materiais piezoelétricos ecológicos, como o que desenvolvemos, têm um enorme potencial em uma ampla gama de áreas porque eles produzem energia verde usando a força mecânica que está sendo usado de qualquer maneira. Por exemplo, um carro descendo a rua pode acender as luzes da rua. Esses materiais também podem substituir materiais piezoelétricos contendo chumbo que estão atualmente em uso generalizado, mas que levantam preocupações sobre o vazamento de metal tóxico no meio ambiente.”

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