I biosensori indossabili sulla pelle umana o utilizzati in sicurezza all'interno del corpo sono sempre più diffusi sia per le applicazioni mediche che per il monitoraggio quotidiano della salute. Trovare i materiali giusti per legare insieme i sensori e farli aderire alle superfici è anche una parte importante per migliorare questa tecnologia. Un recente studio della Binghamton University, La State University of New York offre una possibile soluzione, soprattutto per le applicazioni sulla pelle.

Matteo S. Brown, un quarto anno di dottorato studente con il laboratorio dell'assistente professore Ahyeon Koh nel Dipartimento di ingegneria biomedica, è stato l'autore principale di "Electronic-ECM:A Permeable Microporous Elastomer for an Advanced Bio-Integrated Continuous Sensing Platform, "pubblicato sulla rivista Tecnologia avanzata dei materiali .

Lo studio utilizza polidimetilsilossano (PDMS), un materiale siliconico popolare per l'uso nei biosensori a causa della sua biocompatibilità e della sua meccanica morbida. Viene generalmente utilizzato come film solido, materiale non poroso, che possono portare a problemi di traspirabilità del sensore ed evaporazione del sudore.

"Nel monitoraggio atletico, se hai un dispositivo sulla pelle, il sudore può accumularsi sotto quel dispositivo, " Brown ha detto. "Ciò può causare infiammazione e anche imprecisioni nelle applicazioni di monitoraggio continuo.

"Ad esempio, un esperimento con l'analisi dell'elettrocardiogramma (ECG) ha mostrato che il PDMS poroso ha permesso l'evaporazione del sudore durante l'esercizio, in grado di mantenere un segnale ad alta risoluzione. Il PDMS non poroso non ha fornito la capacità del sudore di evaporare facilmente, portando a una risoluzione del segnale inferiore dopo l'esercizio.

Il team ha creato un materiale PDMS poroso attraverso l'elettrofilatura, un metodo di produzione che realizza nanofibre attraverso l'uso della forza elettrica.

Durante le prove meccaniche, i ricercatori hanno scoperto che questo nuovo materiale ha agito come il collagene e le fibre elastiche dell'epidermide umana. Il materiale era anche in grado di agire come adesivo secco per l'elettronica per laminare fortemente sulla pelle, per il monitoraggio senza adesivo. Anche i test di biocompatibilità e vitalità hanno mostrato risultati migliori dopo sette giorni di utilizzo, rispetto al film PDMS non poroso.

"Puoi usarlo in un'ampia varietà di applicazioni in cui hai bisogno di fluidi da trasferire passivamente attraverso il materiale, come il sudore, per evaporare facilmente attraverso il dispositivo, " disse Bruno.

Poiché la struttura permeabile del materiale è capace di biofluido, diffusione di piccole molecole e gas, può essere integrato con tessuti biologici molli come pelle, tessuto neurale e cardiaco con ridotta infiammazione nel sito di applicazione.

Tra le applicazioni che Brown vede ci sono l'elettronica per la guarigione a lungo termine, ferite croniche; elettronica traspirante per il monitoraggio respiratorio di ossigeno e anidride carbonica; dispositivi che integrano cellule umane all'interno di dispositivi elettronici impiantabili; e in tempo reale, monitoraggio chimico e biologico in vitro.

Koh, i cui progetti recenti includono l'alimentazione a batteria assistita dal sudore e il biomonitoraggio, ha descritto lo studio poroso PDMS come "una pietra angolare della mia ricerca".

"Il mio laboratorio è molto interessato allo sviluppo di un sistema di rilevamento biointegrato al di là dell'elettronica indossabile, " ha detto. "Al momento, le tecnologie sono avanzate per sviluppare dispositivi durevoli e flessibili negli ultimi 10 anni. Ma vogliamo sempre andare ancora oltre, per creare sensori che possono essere utilizzati in più sistemi non visibili che non siano solo sulla pelle.

"Koh vede anche le possibilità per questo materiale PDMS poroso in un'altra linea di ricerca che sta perseguendo con il Professore Associato Seokheun Choi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica. Lei e Choi stanno unendo i loro punti di forza per creare carte elastiche per la bioelettronica morbida, permettendoci di monitorare gli stati fisiologici.