Un sensore intelligente elastico come promettente alternativa a dolorosi esami del sangue

Un gruppo di ricercatori ha creato un sensore flessibile wireless da indossare sulla pelle, che monitora il pH del sudore di chi lo utilizza in tempo reale. Sviluppato nel corso del progetto CONTEST, finanziato dall’UE, il dispositivo rappresenta una pietra miliare verso l’eliminazione degli esami del sangue invasivi nell’ambito del monitoraggio dei livelli chimici nel corpo.

Monitorare malattie croniche, quali il diabete e la malattia renale, comporta al momento il prelievo di sangue dal corpo del paziente; tuttavia, le sostanze analizzate nel sangue (come il glucosio e l’urea) sono presenti anche nel sudore. «Il sudore umano contiene molte delle informazioni fisiologiche veicolate dal sangue e il suo utilizzo nei sistemi diagnostici ha il notevole vantaggio di non richiedere alcuna lesione della pelle al fine di condurre gli esami», afferma il prof. Ravinder Dahiya, uno dei coordinatori del progetto, in un articolo dell’Università di Glasgow. Con un sensore per il monitoraggio del sudore efficace, le dolorose punture per gli esami del sangue potrebbero diventare un ricordo del passato. Affinché ciò accada, tuttavia, è necessario che il dispositivo per misurare i livelli di queste sostanze nel sudore venga progettato pensando anche al comfort dell’utente.

Il sensore per il pH del gruppo di CONTEST può allungarsi e flettersi per adattarsi al profilo del corpo degli utenti ed è di conseguenza più confortevole da indossare, configurandosi come una pratica alternativa ai rigidi materiali utilizzati nei sistemi indossabili non invasivi attuali. Le sue caratteristiche sono descritte in un articolo pubblicato nella rivista «Biosensors and Bioelectronics».

Il sensore è un sistema wireless elastico di 1 cm2 di dimensioni, il cui elettrodo per il rilevamento del pH è realizzato con un nuovo materiale composito di grafite e poliuretano. Grazie a un paio di pezzi interconnessi con forma a serpentina, il sensore è in grado di allungarsi fino al 53 % registrando comunque delle buone prestazioni. I test hanno inoltre mostrato che può resistere a un allungamento del 30 % per 500 volte.

Il dispositivo è dotato di un tempo di risposta rapido e stabile per livelli del pH nel sudore compresi tra 5 e 9, fornendo risultati in 8 s. Oltretutto, sostanze quali sodio, potassio e glucosio, presenti nel sudore, hanno un impatto quasi nullo sulle prestazioni del sensore per il pH.

Il nuovo sensore wireless concepito dal team ha inoltre un vantaggio aggiuntivo: mentre i sistemi wireless tradizionali che trasmettono dati tramite Bluetooth sono spesso ingombranti e necessitano di essere ricaricati con frequenza, esso è in grado di trasmettere i propri dati senza utilizzare energia esterna. I dati relativi al pH vengono inviati a uno smartphone ausiliario mediante un’antenna elastica di identificazione a radio frequenza, che registra delle buone prestazioni finché il sensore è sottoposto a una deformazione non superiore al 20 %. I dati vengono trasmessi a un’app per smartphone chiamata SenseAble ininterrottamente, in modo tale che gli utenti possono controllare i propri livelli del pH in tempo reale.

Il gruppo di ricercatori, dopo aver dimostrato la capacità del sensore di misurare i livelli del pH, ha ora iniziato una ricerca volta ad ampliarne le funzionalità diagnostiche. «Stiamo progettando di aggiungere sensori in grado di misurare, ad esempio, il glucosio, l’ammoniaca e l’urea e, in definitiva, vorremmo rendere disponibile il sistema per il mercato nei prossimi anni», afferma il prof. Dahiya.

CONTEST (Collaborative Network for Training in Electronic Skin Technology) ha formato giovani ricercatori nella progettazione, fabbricazione, caratterizzazione e utilizzo di pelli elettroniche. Il progetto ha analizzato le modalità di integrare i sensori in substrati flessibili utilizzando materiali semiconduttori organici e inorganici. Sono state inoltre condotte ricerche sull’applicazione di pelli elettroniche per interfacce robotiche e uomo-ambiente; un risultato innovativo è stata la scoperta di un nuovo utilizzo della pelle elettronica come sensore per il dolore.

Per maggiori informazioni, consultare:
sito web del progetto CONTEST