Un biosensore adesivo in grafene ispirato ai polpi

I dispositivi indossabili stanno assumendo sempre più importanza nello sviluppo dei biosensori, grazie alla loro capacità di monitorare un’ampia gamma di attività umane, dai segnali fisiologici come l’ elettrocardiografia (ECG) ai movimenti del corpo. Tuttavia, per svolgere in modo ottimale le proprie funzioni, un biosensore deve essere progettato in modo da stabilire un buon contatto con la pelle. Questo significa che deve essere flessibile e deve garantire una buona aderenza anche in situazioni estreme, come in caso di pelle bagnata.

Realizzare un dispositivo di questo tipo non è semplice, ma neanche impossibile, come hanno dimostrato i ricercatori del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST).

Un metodo di fabbricazione semplice ed economico

L’obiettivo principale dei dispositivi che aderiscono alla pelle è quello di consentire un monitoraggio continuo e non invasivo di vari parametri vitali, lasciando più libertà possibile al paziente. Numerosi studi hanno compiuto sforzi significativi per sviluppare dispositivi che combinassero caratteristiche come reversibilità, possibilità di riutilizzo, tempi di adesione rapidi, forte aderenza e non tossicità.

I ricercatori coreani hanno ora proposto un metodo di fabbricazione che permette di realizzare un biosensore in modo semplice e a basso costo. Il dispositivo è stato rivestito con un tessuto elastico in poliuretano e poliestere con ossido di grafene ed è stato immerso in acido L-ascorbico per favorire la conduttività pur mantenendo la resistenza e l’allungamento. In seguito i ricercatori hanno aggiunto un rivestimento in grafene e in poli (dimetilsilossano) (PDMS) per formare un percorso conduttivo dal tessuto alla pelle.

La fonte d’ispirazione

Ancora una volta è stata la natura a fungere da fonte d’ispirazione per i ricercatori.  Lo strato in silicone incorporato nel grafene è stato infatti modellato in modo da imitare le ventose dei polpi, che hanno un diametro di 10-20 micron e presentano una cavità la cui pressione è controllata dai muscoli circostanti. Le ventose possono essere rese più sottili o più spesse, aumentando o diminuendo la pressione dell’aria all’interno della cavità, consentendo di modulare l’aderenza.

Questo particolare design permette al biosensore di aderire alla pelle in molte differenti condizioni. Secondo i ricercatori, l’ approccio utilizzato apre nuove possibilità per l’elettronica indossabile, soprattutto per il fatto che permette di realizzare dispositivi per il monitoraggio sanitario e applicazioni mediche in vitro e in vivo funzionanti anche in ambienti umidi. A dimostrazione di ciò, i ricercatori hanno confermato che il loro dispositivo è in grado di attuare misurazioni dell’ECG e dei movimenti di flessione del polso anche con la pelle bagnata.

Non è la prima volta che un dispositivi si ispira ai cefalopodi. Non molto tempo fa, un team di ricerca della Cornell University, in collaborazione con il biologo Roger Hanlon del Marine Biological Laboratory (Massachusetts), ha realizzato una particolare pelle per i soft robots treando ispirazione dai muscoli che permettono ai cefalopodi di controllare la loro consistenza e implementato queste idee in una tecnica per controllare la forma di materiali morbidi ed estensibili.