Cientistas da Universidade Estadual da Pensilvânia desenvolveram uma tinta condutiva que pode ser pintada diretamente na pele em desenhos coloridos personalizados, transformando-se em um eletrodo funcional para biomonitoramento após secar. Eles descreveram seu trabalho em um novo artigo publicado nos Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS).

Como relatado anteriormente, eletrônicos epidérmicos fixados à pele via tatuagens temporárias (e-tattoos) existem há mais de uma década. Essas e-tattoos conectam-se à pele sem adesivos, são praticamente imperceptíveis e geralmente são fixadas via tatuagem temporária, permitindo medições elétricas (e outras medições, como temperatura e deformação) usando polímeros ultrafinos com elementos de circuito embutidos. No entanto, elas não funcionam bem em superfícies curvas e/ou peludas, e exigem design personalizado de posicionamento dos eletrodos para cobrir áreas maiores, já que os biossinais são distribuídos espacialmente. Então os cientistas têm se tornado criativos. Por exemplo, em 2024, pesquisadores desenvolveram tintas condutivas especiais à base de polímeros que podem ser impressas no couro cabeludo de uma pessoa para medir ondas cerebrais, mesmo que ela tenha cabelo.

O engenheiro mecânico da Penn State, Larry Cheng, coautor do novo artigo da PNAS, trabalha em designs de eletrodos para aplicações de biomonitoramento há mais de 10 anos, incluindo EEGs, ECGs e EMGs. Usar materiais rígidos como metais resulta em um biomonitor estável, mas é facilmente deslocado quando o usuário se move demais, como durante exercícios. Hidrogéis surgiram nos últimos anos como materiais alternativos, pois podem absorver água, inchar e esticar com a pele do corpo durante o movimento. Mas os hidrogéis se degradam rapidamente e perdem esses benefícios com uso prolongado. Suor ou cabelo também podem reduzir a precisão do registro de biossinais, porque os eletrodos comerciais são pré-fabricados e depois aplicados na pele, criando uma lacuna de ar que enfraquece as leituras dos sensores.

Cheng et al. decidiram desenvolver sua tinta condutiva para resolver esse problema. Eles misturaram vários tipos diferentes de polímeros e aditivos ácidos em uma solução aquosa de etanol/álcool polivinílico. PEDOT:PSS - aka poli(3,4-etilenodioxitiofeno): poli(estireno sulfonato) - forneceu condutividade elétrica, junto com DBSA (ácido 4-dodecilbenzenossulfônico), que também serviu como plastificante para dar flexibilidade à tinta. A equipe misericordiosamente encurtou o apelido abreviado de sua nova tinta condutiva para WE-PPD. "A tinta em si se comporta quase como tinta facial", disse Cheng. "Ela começa quase transparente, mas você pode usar corante alimentício para pigmentar a tinta nas cores que precisar para pintar qualquer design que tiver em mente - como um desenho animado ou Super-Homem. Isso nos permite personalizar completamente o wearable de acordo com a preferência da pessoa." Como a tinta preenche os contornos da pele, o eletrodo resultante tem conectividade muito alta com a pele e, portanto, melhor registro de sinal. Também pode ser incorporado a uma textura de prata porosa e integrado a dispositivos rígidos.

Os sensores pintados foram testados em laboratório em sujeitos humanos para monitorar atividade cardíaca enquanto corriam em uma esteira e levantavam pesos; reconhecimento de gestos para controlar uma mão robótica protética; e atividade cerebral (EEG), monitorada através do cabelo, enquanto um coautor realizava suas atividades diárias. Os eletrodos pintados foram capazes de esticar até 170% antes de falhar, segundo os autores, tiveram permeabilidade ao vapor d'água muito maior do que filmes médicos padrão e não causaram irritação na pele com uso prolongado. "Embora tenhamos testado a aplicação de uso diário por um período de 12 horas, este não é o limite para esses eletrodos", disse Cheng. "Os próprios eletrodos podem ser lavados e facilmente reaplicados. A grande ideia por trás disso é que, no futuro, você poderia potencialmente ter um módulo de detecção mais caro que permanece separado do sistema, mas os próprios eletrodos podem ser descartáveis. Uma única garrafa de tinta poderia fornecer material suficiente para pintar múltiplos eletrodos."