Pele eletrônica monitora nove biomarcadores relacionados ao estresse

Ao longo de vários anos, a equipe liderada pelo professor Wei Gao, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, tem dedicado esforços ao aprimoramento de uma pele eletrônica projetada para capturar sinais de saúde. Notavelmente, o dispositivo foi equipado com funcionalidade de comunicação Bluetooth.

Na sua versão mais recente, a pele eletrônica atingiu a capacidade de monitorar nove marcadores distintos que delineiam uma resposta ao estresse.

É consensual que tanto o estresse agudo quanto o crônico, dependendo de sua intensidade e duração, podem impactar negativamente nossa saúde física e mental, comprometendo nossa capacidade de funcionar de maneira ideal.

O desafio reside no fato de que o estresse pode ser percebido tanto de forma negativa, como choque ou ansiedade, quanto de maneira positiva, como excitação ou energia. Por ser “inespecífico”, não há um único biomarcador que possa indicar definitivamente se uma pessoa está estressada e em que medida isso pode estar relacionado à sua condição de saúde.

Boa notícia

A boa notícia é que, ao considerarmos a constelação de reações corporais provocadas pelo estresse como um todo, torna-se possível obter uma medida objetiva do estado biofísico, uma métrica do estresse independente dos relatos subjetivos.

Para capturar essas reações corporais, a equipe empregou uma série de sensores e processou os dados por meio de um sistema de inteligência artificial. O resultado é o que eles denominam CARES, uma sigla para “pele eletrônica reforçada por inteligência artificial consolidada”, que pode também ser associada à expressão “cuidados com a saúde” em inglês.

“Quando uma pessoa está sob estresse, hormônios como epinefrina, norepinefrina e cortisol são liberados na corrente sanguínea,” explica o professor Gao. “O suor torna-se rico em metabólitos como glicose, lactato e ácido úrico, e eletrólitos como sódio, potássio e amônia. Essas substâncias são medidas antes da utilização da amostragem microfluídica em um sensor de suor vestível.

O diferencial do CARES é a integração dos sensores de suor com dispositivos que registram formas de onda de pulso, temperatura da pele e resposta galvânica da pele: sinais fisiológicos que também indicam o estresse de maneiras previsíveis.”

Na prática, trata-se de um adesivo pequeno e fino projetado para ser usado no pulso, permitindo que a pessoa siga normalmente suas atividades diárias. Os dados são transmitidos para um celular, onde são processados, fornecendo, assim, um diagnóstico.

O mais recente protótipo aproveitou novos materiais para aprimorar o desempenho dos sensores. Embora os materiais anteriores utilizados para sensores de suor fossem eficientemente produzidos por meio de impressão a jato de tinta e capazes de medir com precisão mesmo compostos altamente diluídos, testes de longo prazo revelaram sua degradação gradual na presença de fluidos corporais. 

Composto à base de níquel

Para combater essa degradação, a equipe introduziu um composto à base de níquel, contribuindo para a estabilização dos sensores de base enzimática, como os que detectam lactato ou glicose. Além disso, um novo polímero foi incorporado aos sensores à base de íons, responsáveis por detectar biomarcadores como sódio ou potássio.

Assim como as versões anteriores, o CARES pode ser alimentado por bateria e se comunicar sem fio com um telefone ou computador via Bluetooth.

No entanto, a inovação significativa reside na integração do aprendizado de máquina. Dado que o estresse se manifesta de várias formas e desencadeia uma resposta complexa que afeta diversos sistemas corporais, a interpretação precisa de grandes volumes de dados é crucial para a utilidade da pele eletrônica. Experimentos envolvendo a indução de estresse em voluntários por meio do dispositivo demonstraram que o sensor mede com precisão a interação entre biomarcadores fisiológicos, como o pulso, e químicos, como a glicose.

O professor Gao observou: “Níveis elevados de estresse e ansiedade causados por ambientes de trabalho exigentes, como os vivenciados por soldados ou astronautas, podem impactar significativamente o desempenho. A detecção precoce da gravidade do estresse permite uma intervenção oportuna. Nosso sensor vestível, combinado com aprendizado de máquina, tem o potencial de fornecer insights em tempo real sobre o nível de estresse.”