Microferramentas flexíveis para cirurgias mais seguras e eficazes

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Microferramentas flexíveis para cirurgias mais seguras e
eficazes
Graças a sensores ultrafinos e músculos artificiais, a futura microeletrônica flexível poderá assumir
formas complexas para interagir melhor com tecidos biológicos delicados sem causar danos.
A microeletrônica flexível é inestimável para aplicações médicas e terapêuticas e dispositivos que podem
interagir com tecido nervoso delicado estão fazendo ondas na medicina regenerativa.
O tratamento de nervos periféricos danificados é atualmente difícil, mas muito procurado, pois fornece
um meio de restaurar os sentidos perdidos, recuperar a função das extremidades e tratar a dor crônica.
Por exemplo, as próteses de membros podem ser controladas monitorando e processando os sinais
elétricos de dispositivos colocados em posições específicas em torno dos feixes de nervos periféricos
correspondentes.
Aqui, o contato íntimo entre o dispositivo eletrônico e o tecido neuronal é essencial para o acoplamento
elétrico e mecânico direto. No entanto, o processo de fixação mecânica de um implante a feixes
nervosos delicados e semelhantes a gel é muito desafiador e tem um grande risco de infligir mais danos
ao tecido. Essa tarefa se torna ainda mais difícil quando se considera o tamanho de pequenos feixes
neuronais periféricos, que podem ser aproximadamente do tamanho de um cabelo humano.
A este respeito, ferramentas microeletrônicas macias que podem servir como “aguitos do nervo robótico”
capazes de se remodelar de forma independente para efetivamente incluir feixes nervosos
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microscópicos e, assim, formar uma interface mecânica e elétrica são importantes para mover essa
tecnologia para frente e para um ambiente clínico.
A este respeito, este desafio foi abordado em um estudo recente publicado na revista Advanced
Intelligent Systems por “robotização” de microeletrônica flexível.
Ao aplicar estratégias comuns de fabricação de semicondutores, um método de fabricação econômico
para a produção paralela de vários dispositivos foi desenvolvido para ajudar na escalabilidade. O novo
dispositivo, apelidado de “dispositivo microeletrônico reespável”, incorpora sensores microeletrônicos e
músculos artificiais que remodelam independentemente o implante na geometria necessária – que será
única dependendo do pacote nervoso que está sendo tratado – de forma controlada.
Isso permite que eles executem tarefas como adaptação de forma precisa ou manipulação de tecidos na
microescala com um grande nível de cuidado.
Este dispositivo microeletrônico remodelável integra
músculos artificiais e um sensor para detectar objetos
quando acionado
Dispositivos com sensor de deformação podem monitorar diretamente sua própria forma, enquanto
dispositivos com sensores magnéticos medem sua orientação no espaço, enquanto o movimento é
controlado por estruturas poliméricas eletroativas. Para os seres humanos, a tarefa de agarrar um objeto
requer feedback das células sensoriais dentro da pele para regular a força aplicada pelos músculos. No
mesmo sentido, foi demonstrado pela primeira vez que, analisando sinais de sensores, tal microferra é
capaz de posicionamento controlado, manipulação cuidadosa do tecido e percepção de seu ambiente. O
dispositivo também pode detectar automaticamente obstáculos no caminho do robô, como um feixe de
nervos, e interromper seu movimento ou ação para ajudar a evitar danos à ferramenta cirúrgica e ao
manuseio do tecido.
No futuro, esses dispositivos serão desenvolvidos ao longo de caminhos divergentes para servir como
implantes ou ferramentas cirúrgicas, como grampos nervosos. Ser capaz de monitorar a posição e a
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orientação das ferramentas cirúrgicas é extremamente importante para processos robóticos assistidos
em cenários futuros de aplicação. Por exemplo, um grampo nervoso automatizado com sensores pode
manter o tecido alvo no lugar durante a cirurgia ou fixação do implante e compensar os movimentos para
ajudar a minimizar qualquer ruptura ou dano durante o procedimento.
Com esse avanço, espera-se que dispositivos semelhantes agora evoluam para sistemas mais
complexos e totalmente integrados, permitindo um melhor controle de forma e percepção abrangente de
seus ambientes. O próximo passo importante será a transição para geometrias 3D mais sofisticadas
para ferramentas mais sofisticadas. Estes poderiam ser criados usando sistemas de materiais
responsivos de estímulos e auto-montagem de filmes 2D que dobram, rolam ou dobram com o cinto em
micro-robôs 3D. Esses dispositivos podem tomar a forma de manipuladores microscópicos (braços
robóticos), implantes de manguito ou cateteres robóticos, e operar de forma semi-autônoma onde a
reformulação segue uma instrução digital.
Com as propriedades intrínsecas dos dispositivos apresentados – suavidade, capacidade de remodelar-
se, consciência do seu entorno – eles podem ser uma adição valiosa aos kits de ferramentas de
cirurgiões que operam em tecidos moles e sensíveis e onde a alta precisão é crucial. Os nervos
periféricos são um excelente exemplo, embora essa tecnologia possa ser expandida para a avaliação de
outros tecidos biológicos, como o cérebro, vasos sanguíneos e aglomerados celulares.
Este estudo de prova de conceito contribui ainda mais para o campo da cirurgia assistida por robô, que
carrega a promessa de intervenções mais precisas, mas menos invasivas. Ferramentas cirúrgicas
inteligentes com feedback confiável sobre sua posição e ações se tornarão inestimáveis nesse sentido, à
medida que os cirurgiões manipulam estruturas menores e mais macias. É até possível que testes pré-
clínicos possam começar nos próximos 5 anos, explorando a primeira geração de ferramentas
microrobóticas.
Referência: Boris Rivkin, et al., Microeletrônica Flexível Controlada por Sensores Integrados e Atuadores
de Polímero Condutores, Sistemas Inteligentes Avançados (2020). DOI: aisy.202000238
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202000238