I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un nuovo tipo di elettrodo per il monitoraggio della salute che mostra un'adesione ottimale alla pelle e può registrare segnali di alta qualità. Due giovani fondatori di spin-off vogliono trasformarlo in un prodotto commerciabile già quest'anno.

Chiunque abbia mai avuto un elettrocardiogramma, ad esempio, per controllare la loro forma cardiaca – avrà familiarità con gli elettrodi che il medico attacca al torace. Però, i modelli di elettrodi convenzionali presentano notevoli svantaggi:gli elettrodi metallici duri sono scomodi da indossare e non sono adatti per effettuare misurazioni per periodi più lunghi. Elettrodi in gel, il tipo più comunemente usato nella pratica clinica quotidiana, spesso causano irritazioni cutanee o addirittura reazioni allergiche nei pazienti.

Ora, I ricercatori dell'ETH guidati da Janos Vörös, Professore di Bioelettronica, e Christopher Hierold, Professore di Micro e Nanosistemi, hanno trovato una soluzione. Hanno sviluppato un elettrodo elastico come la pelle, in modo che sia appena percettibile per chi lo indossa. La speciale struttura della superficie consente di registrare in alta qualità i segnali provenienti dal cuore e dal cervello. I ricercatori hanno recentemente pubblicato i dettagli del loro lavoro sulla rivista Materiali sanitari avanzati .

Ispirato dalla natura

Per il nuovo elettrodo, i ricercatori hanno utilizzato un materiale morbido, una miscela non irritante di gomma siliconica e particelle d'argento conduttive, nata da un precedente progetto di ricerca del gruppo di Vörös. Per la struttura superficiale, gli scienziati hanno preso ispirazione dalla natura:hanno utilizzato il meccanismo che consente alle cavallette di camminare anche su superfici verticali.

Le piante dei piedi di questi insetti sono ricoperte da innumerevoli minuscoli cuscinetti, che al microscopio sembrano teste di funghi e sono disposte come un mosaico. Quando entrano in contatto con un'altra superficie, si verifica un effetto adesivo, tecnicamente nota come interazione di Van der Waals.

I ricercatori hanno applicato questa microstruttura al loro materiale, creando una superficie dell'elettrodo che aderisce alla pelle. Inoltre, la speciale geometria a livello microscopico massimizza la superficie di contatto tra pelle ed elettrodo, consentendo di registrare i segnali con una qualità molto elevata.

Dalla camera bianca alla piscina

I ricercatori hanno creato i prototipi in una camera bianca utilizzando un processo di fabbricazione appositamente sviluppato. Hanno ricoperto uno strato di base con due diverse vernici e lo hanno ricoperto con una maschera perforata con precisione. Quindi, hanno esposto il campione alla luce, che rendeva solubile la vernice fotosensibile superiore direttamente sotto le perforazioni. Prossimo, l'hanno immerso in una soluzione chimica che ha attaccato per prime le zone solubili dello strato superiore di vernice, prima di passare al secondo strato di vernice. In questa fase, i ricercatori hanno fermato il processo di degradazione proprio nel punto giusto per creare lo stampo di colata con nient'altro che teste di funghi capovolte. Quando lanciato, questo ha prodotto una superficie dell'elettrodo adesiva specificamente strutturata.

Per verificare se gli elettrodi funzionano anche in condizioni difficili, i ricercatori li hanno testati su un nuotatore. A causa della resistenza all'acqua e dei movimenti vigorosi coinvolti nel nuoto, questa è considerata una disciplina particolarmente impegnativa per il monitoraggio delle prestazioni mediante elettrodi. I risultati sono stati impressionanti:la qualità dei segnali registrati dai nuovi elettrodi era significativamente migliore di quella degli elettrodi in gel indossati anche dal nuotatore. Intanto, Il servizio di soccorso lacustre di Zurigo ha già mostrato interesse per i nuovi elettrodi e li sta utilizzando nell'ambito di uno studio in corso.

Oltre agli elettrodi per la registrazione delle curve di gittata cardiaca (elettrocardiogrammi o ECG), i ricercatori hanno anche sviluppato un elettrodo per la misurazione dei segnali cerebrali, nota come elettroencefalografia (EEG). La combinazione di materiali è la stessa per entrambi i tipi di elettrodo, ma le strutture differiscono:gli elettrodi EEG non necessitano della microstruttura adesiva, poiché sono fissati tramite un cappuccio. Anziché, la loro superficie è dotata di numerosi brufoli da due a quattro millimetri di altezza che consentono il contatto con il cuoio capelluto anche attraverso capelli folti. Così, rasatura e gel non sono necessari.

Prossimo passo:l'industrializzazione

Séverine Chardonnens e Simon Bachmann, due degli autori dello studio, erano convinti del potenziale di mercato di tali elettrodi fin dall'inizio. Anche prima di completare i loro gradi di Master, hanno portato avanti l'idea di fondare la propria azienda – e hanno avuto successo:i due giovani scienziati di talento sono stati ammessi ai programmi di finanziamento Venture Kick e CTI e hanno già guadagnato una buona quantità di capitale iniziale attraverso concorsi di avviamento.

A seguito del successo dello sviluppo del prototipo di elettrodo e della fondazione ufficiale di IDUN Technologies come spin-off dell'ETH nel novembre 2017, Chardonnens e Bachmann stanno ora valutando su quale applicazione dovrebbero concentrarsi prima. Sono impegnati in intense discussioni con una varietà di partner industriali e gruppi di ricerca. "La commercializzazione è utile nelle applicazioni in cui i nuovi elettrodi offrono i maggiori vantaggi rispetto ai modelli esistenti, " dice Bachmann. "Vediamo potenziale nel monitoraggio a lungo termine dei pazienti, nel monitoraggio delle prestazioni sportive e nel mercato EEG."

Dopo che la questione dell'orientamento strategico è stata risolta, Chardonnens si concentrerà sul processo di industrializzazione nel suo ruolo di capo sviluppatore, mentre Bachmann si concentrerà principalmente sull'acquisizione di partner e clienti nella sua qualità di CEO. "Se tutto va come previsto, potremo vendere i primi elettrodi già da quest'anno, "dice Chardonnen.