Watts internos

Aug 24, 2023

O efeito piezoelétrico é um fenômeno fascinante no qual certos materiais apresentam a capacidade de gerar uma carga elétrica em resposta ao estresse mecânico ou à deformação e, inversamente, de deformar-se quando submetidos a um campo elétrico. Este comportamento único surge do arranjo dos átomos dentro desses materiais, o que cria uma assimetria em sua estrutura cristalina. Quando pressão ou deformação é aplicada ao material, ela distorce a rede, gerando cargas elétricas na superfície do material. Este efeito foi descoberto pela primeira vez por Jacques e Pierre Curie em 1880 e, desde então, encontrou diversas aplicações em vários campos.

Existem aplicações para a tecnologia no desenvolvimento de atuadores para controle preciso de movimento, sensores para medição de pressão, aceleração e vibração, bem como em transdutores acústicos como microfones e sensores ultrassônicos. Além disso, materiais piezoelétricos são usados ​​na coleta de energia para converter vibrações mecânicas em energia elétrica para dispositivos portáteis. Isto tem o potencial de alimentar dispositivos eletrónicos de baixo consumo de energia em locais remotos ou mesmo em tecnologia wearable, reduzindo a dependência de fontes de energia tradicionais.

As propriedades únicas dos materiais piezoelétricos despertaram o interesse em usá-los para alimentar dispositivos médicos implantáveis, para eliminar a necessidade de baterias tradicionais. No entanto, a maioria destes materiais são rígidos e quebradiços e, pior ainda, contêm frequentemente materiais tóxicos como chumbo e quartzo. Os aminoácidos se destacam como alternativa biocompatível, mas para exibirem um forte efeito piezoelétrico, as moléculas devem estar alinhadas na orientação correta. A produção de filmes de aminoácidos, orientados na mesma direção, provou ser muito desafiadora em escala até o momento.

Uma nova técnica desenvolvida por investigadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong poderá em breve permitir o fabrico de dispositivos médicos biocompatíveis e biodegradáveis. Eles demonstraram que seus métodos podem produzir finas camadas de aminoácidos automontadas com uma orientação ordenada que cobrem uma grande área de superfície. Esses filmes finos exibem um forte efeito piezoelétrico que pode ser aproveitado para gerar eletricidade a partir do alongamento muscular, respiração, fluxo sanguíneo e outros movimentos corporais. No futuro, essas folhas poderão alimentar marca-passos, biossensores e outros dispositivos. E quando o trabalho estiver concluído, eles podem se dissolver com segurança.

No decorrer da pesquisa, a equipe descobriu que o aminoácido β-glicina tem uma resposta piezoelétrica excepcionalmente forte. Como tal, eles fabricaram filmes nanocristalinos deste aminoácido com uma impressora de filme bioorgânico usando o método de pulverização eletrohidrodinâmica. Durante a pulverização, um campo elétrico é aplicado entre a ponta do bico e o suporte condutor para auxiliar na formação de nano-microgotas. Devido ao pequeno tamanho das nano-micro gotículas, a água evapora muito rapidamente. E isto, por sua vez, serve para orientar as moléculas de β-glicina de maneira consistente no filme biomolecular resultante.

Um dos pesquisadores que lideram o trabalho observou que seu “estudo mostra uma resposta piezoelétrica uniformemente alta e excelente termoestabilidade em todos os filmes de β-glicina. O excelente desempenho de saída, a biocompatibilidade natural e a biodegradabilidade dos filmes nanocristalinos de β-glicina têm implicações práticas para aplicações eletromecânicas biológicas transitórias de alto desempenho, como biossensor implantável, fonte de alimentação de carregamento sem fio para eletrônicos bioabsorvíveis, chip inteligente e outros fins de engenharia biomédica .”

Actualmente, a equipa continua a refinar os seus métodos com a esperança de tornar os filmes tão flexíveis como os tecidos biológicos naturais. Eles também estão investigando maneiras de conseguir uma produção em massa de filmes de baixo custo. Depois de atingidos esses objetivos, pretendem realizar experimentos em modelos animais para mostrar o potencial da nova tecnologia para alimentar dispositivos médicos implantáveis.