L’idea di impiantare all’interno del corpo umano dei sensori, per trasmettere in tempo reale informazioni riguardanti lo stato vitale e la concentrazione di sostanze o farmaci, ha sempre affascinato il mondo della medicina e della scienza.

I sensori attualmente in uso però, non possono rimanere nell’organismo a lungo. Anzi, devono essere sostituiti dopo pochi giorni o dopo qualche settimana, principalmente per due motivi: da un lato il rischio di rigetto da parte del corpo e dall’altro la perdita via via di efficienza del sensore.

Gli scienziati della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) coordinati da Carsten Sönnichsen sono riusciti a sviluppare un tipo di sensore innovativo in grado di poter “soggiornare” nell’organismo per diversi mesi: il Nanogold.

Questo sensore si basa su nanoparticelle d’oro a colore stabile che vengono modificate con ricettori per molecole specifiche. Tali nanoparticelle, incorporate in un tessuto polimerico artificiale, vengono impiantate sotto la pelle per poter monitorare il cambiamento nella concentrazione di un farmaco attraverso il cambiamento di colorazione.

Il sensore è come un tatuaggio invisibile, non più grande di un centesimo e più sottile di un millimetro, e potrà essere usato nello sviluppo di farmaci o nella ricerca clinica

Carsten Sönnichsen, Coordinatore della Ricerca

Le nanoparticelle d’oro fungono da piccole antenne per la luce: la assorbono e la disperdono aumentando la luminosità e, così, appaiono colorate. Per evitare che vengano poi degradate dalle cellule o che si muovano, vengono a loro volta inserite in un idrogel poroso con la consistenza simile ad un tessuto. Il risultato è una sorta di tatuaggio invisibile, che cambia colore soltanto per misurare alcuni parametri pre-definiti.

Test di laboratorio, hanno consentito di andare ad inserire Nanogold su cavie a cui sono state somministrate diverse tipologie di antibiotici. Le molecole del farmaco arrivano e si legano alla superficie del Nanogold andando ad indurre il cambiamento di colore, in base alla concentrazione del farmaco. Il sensore è rimasto in posizione ed operativo per diversi mesi, senza dover essere sostituito.

Per approfondire
Kaefer, K., Krüger, K., Schlapp, F., Uzun, H., Celiksoy, S., Flietel, B., Heimann, A., Schroeder, T., Kempski, O., Sönnichsen, C. (2021), Implantable Sensors Based on Gold Nanoparticles for Continuous Long-Term Concentration Monitoring in the Body, Nano Letters, 2021 21 (7), 3325-3330 DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00887

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Come un tatuaggio temporaneo, può essere applicato a persone e oggetti semplicemente inumidendolo con l’acqua: si tratta del dispositivo a emissione di luce realizzato dall’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in collaborazione con la University College di Londra.

Compiendo un passo in avanti nella ricerca e nello sviluppo di tatuaggi intelligenti, il team di ricercatori ha sfruttato la tecnologia a diodi organici a emissioni di luce (OLED), la stessa impiegata negli schermi di TV e di smartphone. Il tatuaggio può essere applicato con acqua e una piccola pressione e ha una grandezza di soli 2,3 micrometri.

I tatuaggi intelligenti hanno ampio potenziale e una vasta gamma d’applicazioni.  Se integrati con altri sensori il loro impiego può permettere la rilevazione di dati di diverso tipo, quali lo stato di idratazione di un atleta, il cambiamento di condizione di un paziente o la condizione di deterioramento di frutta e verdura.

L’uso di micro sensori e tecnologie smart nelle diagnosi mediche è sempre più proficuo, ne è esempio il cerotto in grado di rilevare il livello di stress di EPFL e Xsensio. Ma i tatuaggi luminosi OLED non si attestano soltanto come potenziali alleati in ambito sanitario, potrebbero essere sfruttati anche come accessorio fashion.

“I tatuaggi elettronici rappresentato un settore di ricerca in espansione”

Virgilio Mattoli – Ricercatore IIT

Per la loro realizzazione il team ha interposto tra gli elettrodi un polimero elettroluminescente, polimero che emette luce quando applicato a un campo elettrico, e ha isolato i componenti con uno strato della pellicola impiegata per i tatuaggi temporanei.

Sul polimero è stata utilizzata la spin coating, procedura che attraverso una filatura veloce permette di ricavare uno strato sottile e uniforme. Il risultato, un piccolissimo tatuaggio in grado di emettere luce verde, è stato poi testato su diversi materiali: lastra di vetro, bottiglia di plastica, arance e imballaggi di carta.

I tatuaggi elettronici annoverano vantaggi significativi: dalla facilità di applicazione ed eliminazione, per la quale bastano solo un po’ di acqua e sapone, alla semplicità d’uso. Inoltre possono essere realizzati su larga scala con un costo estremamente economico.

Il professor Franco Cacialli dell’University College di Londra spiega che il lavoro svolto non rappresenta che un primo passo: sarà ora necessario concentrarsi sull’incapsulamento degli OLED per limitarne la rapida degradazione con l’aria e sulla loro possibile integrazione con batterie o supercondensatori.

Per approfondire:

Barsotti, J., Rapidis, A.G., Hirata, I., Greco, F., Cacialli, F., Mattoli, V. (2021) Ultrathin, Ultra‐Conformable, and Free‐Standing Tattooable Organic Light‐Emitting Diodes, Advanced Electronic Materials 2021, Volume 7, Issue 1, https://doi.org/10.1002/aelm.202001145

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