Revestimento inspirado em libélulas monitora implantes e evita infecções

Ilustração do revestimento bioinspirado, com nanopilares que matam bactérias de um lado e sensores eletrônicos flexíveis de mapeamento de tensão do outro.
[Imagem: Beckman Imaging Technology Group/University of Illinois]

Proteção para implantes

Pesquisadores desenvolveram revestimentos "inteligentes" para implantes ortopédicos cirúrgicos que monitoram a tensão nos dispositivos, fornecendo alertas sobre o risco de falhas do implante.

Ao mesmo tempo, os revestimentos matam quaisquer bactérias causadoras de infecção que possam ter-se imiscuído no implante.

Essa dupla função dos revestimentos deve-se a sensores flexíveis integrados a uma superfície antibacteriana nanoestruturada, inspirada nas asas das libélulas e das cigarras.

"Esta é uma combinação de design de nanomaterial bioinspirado com eletrônica flexível, para combater um problema biomédico complicado e de longo prazo," disse Qing Cao, da Universidade de Illinois (EUA).

Tanto a infecção quanto a falha do dispositivo são os principais problemas com implantes ortopédicos, cada um afetando até 10% dos pacientes.

Já foram tentadas várias abordagens para combater a infecção, mas todas têm limitações sérias: Os biofilmes bacterianos ainda podem se formar em superfícies repelentes à água, e revestimentos carregados com antibióticos químicos ou drogas se esgotam em um período de meses, além de terem efeitos tóxicos no tecido circundante e pouca eficácia contra cepas de bactérias resistentes aos antibióticos.

Exemplo de uso do novo revestimento.
[Imagem: Beckman Imaging Technology Group/University of Illinois]

Antibacteriano mecânico

Inspirando-se nas asas naturalmente antibacterianas de cigarras e libélulas, a equipe criou uma folha fina repleta de pilares em nanoescala, invisíveis a olho nu, como os encontrados nas asas dos insetos. Quando uma bactéria tenta se ligar à folha, os pilares perfuram a parede celular, matando o invasor.

Na parte de trás da folha nanoestruturada, onde ela entra em contato com o implante, os pesquisadores integraram matrizes de sensores eletrônicos flexíveis e altamente sensíveis para monitorar a tensão mecânica. Isso pode ajudar os médicos a observar o progresso da cura dos pacientes, orientar sua reabilitação para encurtar o tempo de recuperação e minimizar os riscos, e reparar ou substituir implantes antes que eles cheguem ao ponto de falha.

O protótipo ainda usa fios, mas os pesquisadores já estão trabalhando em interfaces de comunicação de dados e energia sem fio, uma etapa crucial para a aplicação clínica da inovação.