Como a tecnologia da luz está mudando a medicina

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Sajan Saini mostra como a junção de luz com fotônica integrada está levando a novas tecnologias médicas e ferramentas de diagnóstico menos invasivas.

É uma visão cada vez mais comum em hospitais em todo o mundo: uma enfermeira mede nossa altura, nosso peso, nossa pressão arterial, e prende um clipe de plástico brilhante ao nosso dedo. De repente, uma tela digital lê o nível de oxigênio em nossa corrente sanguínea. Como isso aconteceu? Como um clipe de plástico pode descobrir algo sobre nosso sangue sem uma amostra de sangue?


Eis o truque: nosso corpo é translúcido, o que significa que ele não bloqueia nem reflete a luz totalmente. Em vez disso, permite que um pouco de luz passe através de nossa pele, nossos músculos e vasos sanguíneos.

Não acredita nisso? Aproxime uma lanterna do seu polegar.

A luz, ao que parece, pode ajudar a investigar o interior de nosso corpo.

Considere esse clipe de dedo médico, chamado de oxímetro de pulso. Quando você inala, seus pulmões transferem oxigênio para as moléculas de hemoglobina, e o oxímetro de pulso mede a proporção de hemoglobina oxigenada para hemoglobina livre de oxigênio. Ele faz isso usando uma minúscula luz de LED vermelha em um lado do clipe e um pequeno detector de luz no outro.

Quando o LED brilha em seu dedo, a hemoglobina livre de oxigênio em seus vasos sanguíneos absorve a luz vermelha com mais força do que a equivalente oxigenada. Assim, a quantidade de luz que se pode ver do outro lado depende da razão de concentração dos dois tipos de hemoglobina.

Mas quaisquer dois pacientes terão vasos sanguíneos de tamanhos diferentes nos dedos. Para um paciente, uma leitura de saturação de 95% corresponde a um nível de oxigênio saudável, mas, para outro com artérias menores, a mesma leitura poderia deturpar perigosamente o nível real de oxigênio.

Isso pode ser explicado com um segundo LED de comprimento de onda infravermelho. A luz vem em um vasto espectro de comprimentos de onda, e a luz infravermelha fica logo além das cores visíveis. Todas as moléculas, inclusive a hemoglobina, absorvem a luz em rendimentos diferentes em todo esse espectro. Assim, o contraste da absorvência do vermelho com a luz infravermelha fornece uma impressão digital química para eliminar o efeito do tamanho dos vasos sanguíneos.

Hoje, uma indústria emergente de sensores médicos está explorando todos os novos graus de impressão digital química de precisão, usando dispositivos minúsculos de manipulação de luz de até um décimo de milímetro.

Essa tecnologia microscópica, chamada de fotônica integrada, é feita de fios de silício que guiam a luz, como água em um cano, para redirecionar, remodelar e até mesmo prendê-la temporariamente.

Um dispositivo ressonador em anel, que é um fio circular de silício, é um caçador de luz que melhora a impressão digital química. Quando colocado próximo a um fio de silício, um anel retira e armazena temporariamente apenas certas ondas de luz, aquelas cujo comprimento de onda periódico se ajusta a um número inteiro de vezes ao longo da circunferência do anel. É o mesmo efeito em movimento quando tocamos as cordas de uma guitarra. Somente certos padrões de vibração dominam uma corda de um comprimento específico, para dar uma nota fundamental e os sobretons dela.

Os ressonadores em anel foram originalmente projetados para guiar de forma eficiente comprimentos de onda de luz diferentes, cada um deles um canal de dados digitais, em redes de comunicação por fibra ótica. Mas, algum dia, esse tipo de roteamento de tráfego de dados pode ser adaptado para laboratórios em miniatura de impressão digital química, em chips do tamanho de um centavo.

Esses futuros “laboratórios em um chip” podem, de modo fácil, rápido e não invasivo detectar uma série de doenças, analisando saliva ou suor humanos em um consultório médico ou na conveniência de nosso lar.

A saliva humana, em particular, reflete a composição das proteínas e dos hormônios de nosso corpo e pode fornecer sinais de alerta precoce para certos tipos de câncer e doenças infecciosas e autoimunes. Para identificar com precisão uma doença, os laboratórios em um chip podem contar com vários métodos, inclusive impressão digital química, para filtrar a grande mistura de substâncias em uma amostra de saliva.

Várias biomoléculas na saliva absorvem luz no mesmo comprimento de onda, mas cada uma tem uma impressão digital química distinta. Num laboratório em um chip, depois que a luz passa por uma amostra de saliva, uma série de anéis sintonizados pode, cada um, retirar um comprimento de onda de luz um pouco diferente e enviá-lo a um detector de luz parceiro. Juntos, esse banco de detectores resolverá a impressão digital química cumulativa da amostra. A partir dessa informação, um minúsculo computador no chip, contendo uma biblioteca de impressões digitais químicas para moléculas diferentes, pode descobrir suas concentrações relativas e ajudar a diagnosticar uma doença específica.

De comunicações que percorrem o mundo a laboratórios em um chip, a humanidade adaptou a luz para carregar e extrair informação. Sua capacidade de iluminar continua a nos surpreender com novas descobertas.


Lição de Sajan Saini, direção de Artrake Studio.
Fonte: TED
[Visto no Brasil Acadêmico]

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