Passar por uma cirurgia raramente é uma experiência agradável e, às vezes, pode ser altamente invasiva. Os procedimentos cirúrgicos evoluíram constantemente ao longo dos séculos, crescendo com o conhecimento da anatomia e da biologia. Métodos inovadores também foram impulsionados com novas ferramentas, e o crescimento no uso de robótica desde os anos 1980 avançou significativamente os cuidados de saúde. O Professor Assistente Zhenhua Tian deu mais um passo à frente no progresso usando robótica e acústica não invasiva, e o trabalho de sua equipe foi publicado na Science Advances.
Desde a sua invenção, a cirurgia usando robôs tem sido invasiva porque envolve cortes e frequentemente outros instrumentos são inseridos na incisão. No entanto, como as ferramentas assistidas por robôs podem ser menores, os cortes também tendem a ser menores do que nas cirurgias tradicionais, tornando a robótica uma escolha preferida. Esta forma de cirurgia comprovou seus benefícios e tem crescido em uso ao longo do tempo, com vantagens para os pacientes, incluindo:- Menos desconforto e sangramento,- Menos tempo no hospital,- Períodos de recuperação mais rápidos. Na verdade, de acordo com o American College of Surgeons, 1,8% das cirurgias incluíam um robô em 2012.
Em 2018, esse percentual subiu para 15,1% e continua a aumentar com os avanços na robótica. Alguns dos procedimentos mais comuns que envolvem robótica incluem apendicectomias, histerectomias e bypass gástrico. Embora a cirurgia assistida por robôs tenha suas vantagens, a equipe de Tian deu um passo além do seu estado atual: os membros da equipe estão desenvolvendo um método de mover pequenos alvos, como células e medicamentos, dentro do corpo de forma não invasiva. Isso significa que o método não requer cortes. O segredo está nos emissores de energia acústica que a equipe usa para cercar e capturar partículas, funcionando como pinças invisíveis.
Os emissores criam campos de vórtice acústico 3D que podem passar por barreiras como osso e tecido, cruzando uns sobre os outros para formar pequenas armadilhas acústicas em forma de anel. Objetos de micro a milímetros capturados no centro de uma armadilha acústica podem ser movidos e girados. Tian recebeu um prêmio CAREER do Programa de Desenvolvimento de Carreira da Fundação Nacional de Ciências (NSF) em 2024 pelo desenvolvimento do vórtice acústico. “A capacidade de mover células e medicamentos dentro das veias sem romper a pele cria novas oportunidades na medicina”. “À medida que continuamos o trabalho nesta pesquisa, antecipo que encontraremos uma série de novas aplicações.”
Montando um emissor de vórtice acústico em uma plataforma robótica, o feixe de vórtice acústico pode ser movido na escala de micrômetros. Assim, a área de captura de partículas pode ser precisamente definida em um espaço 3D, e mover uma partícula após sua captura pode ser planejado. Ao mover um pequeno objeto ao longo do caminho sinuoso de um vaso sanguíneo, isso pode ser um recurso crítico. Embora a equipe seja capaz de mover um pequeno objeto atrás de uma estrutura sólida, os feixes de vórtice acústico podem mover partículas tanto em gases quanto em líquidos.
Embora a abordagem atual vise pequenas partículas dentro dessas substâncias, integrar os emissores de energia acústica junto com a robótica tem aplicações além da cirurgia e de partículas muito pequenas. A manipulação robótica sem contato tem potencial em muitas outras aplicações em pesquisas de engenharia, biologia e química. Algumas delas incluem: – Controle de microrrobôs, – Manuseio de biopartículas delicadas, como exossomos e células, – Transporte de gotas de reagentes perigosos, – Controle da auto-organização de materiais coloidais, – Arranjo de nanomateriais para fabricação de compósitos
“Quando recentemente participamos de uma exposição de STEM, as crianças que nos visitaram gostaram de colocar pequenas contas nos campos acústicos invisíveis gerados pelos nossos dispositivos, mas gostaríamos de oferecer a oportunidade de mover objetos maiores”. “No próximo ano, esperamos ter um emissor maior que possa segurar uma bola de pingue-pongue. Será interessante ver como integraremos essa abordagem em nossa outra pesquisa.”