SERS, o spettroscopia Raman con superficie migliorata, è un metodo per rilevare indirettamente la presenza di una sostanza chimica utilizzando la luce laser e un sensore specializzato. La rete dorata fornisce una superficie ideale per effettuare misurazioni in quanto non interferisce con la sostanza da misurare. Credito:Goda et al.
I ricercatori hanno creato uno speciale sensore ultrasottile, filato dall'oro, che può essere applicato direttamente alla pelle senza irritazioni o disagi. Il sensore può misurare diversi biomarcatori o sostanze per eseguire analisi chimiche sul corpo. Funziona utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia Raman, in cui la luce laser puntata sul sensore viene leggermente modificata a seconda delle sostanze chimiche presenti sulla pelle in quel punto. Il sensore può essere regolato con precisione per essere estremamente sensibile ed è abbastanza robusto per un uso pratico.
La tecnologia indossabile non è una novità. Forse tu o qualcuno che conosci indossate uno smartwatch. Molti di questi possono monitorare determinati problemi di salute come la frequenza cardiaca, ma al momento non sono in grado di misurare le firme chimiche che potrebbero essere utili per la diagnosi medica. Anche gli smartwatch o i monitor medici più specializzati sono relativamente ingombranti e spesso piuttosto costosi. Spinto da tali carenze, un team composto da ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'Università di Tokyo ha cercato un nuovo modo per rilevare varie condizioni di salute e questioni ambientali in modo non invasivo ed economico.
"Alcuni anni fa, mi sono imbattuto in un metodo affascinante per produrre componenti elettronici estensibili robusti da un altro gruppo di ricerca dell'Università di Tokyo", ha affermato Limei Liu, studioso in visita all'epoca dello studio e attualmente docente presso l'Università di Yangzhou a Cina. "Questi dispositivi sono filati da fili ultrafini rivestiti d'oro, quindi possono essere attaccati alla pelle senza problemi poiché l'oro non reagisce o irrita la pelle in alcun modo. Come sensori, tuttavia, si limitavano a rilevare il movimento e stavamo cercando per qualcosa in grado di rilevare firme chimiche, biomarcatori e farmaci. Quindi ci siamo basati su questa idea e abbiamo creato un sensore non invasivo che ha superato le nostre aspettative e ci ha ispirato a esplorare modi per migliorarne ulteriormente la funzionalità."
La nanomesh d'oro a diversi ingrandimenti. Le singole fibre sono circa un cinquecentesimo dello spessore dei capelli umani. Credito:Goda et al.
Il componente principale del sensore è la maglia d'oro fine, poiché l'oro non è reattivo, il che significa che quando viene a contatto con una sostanza che il team desidera misurare, ad esempio un potenziale biomarcatore di malattia presente nel sudore, non altera chimicamente quella sostanza . Ma invece, poiché la maglia dorata è così fine, può fornire una superficie sorprendentemente ampia a cui legarsi quel biomarcatore, ed è qui che entrano in gioco gli altri componenti del sensore.
Quando un laser a bassa potenza è puntato sulla maglia dorata, parte della luce laser viene assorbita e parte viene riflessa. Della luce riflessa, la maggior parte ha la stessa energia della luce in entrata. Tuttavia, una parte della luce in entrata perde energia a favore del biomarcatore o di un'altra sostanza misurabile e la discrepanza di energia tra la luce riflessa e quella incidente è unica per la sostanza in questione. Un sensore chiamato spettrometro può utilizzare questa impronta di energia unica per identificare la sostanza. Questo metodo di identificazione chimica è noto come spettroscopia Raman.
"Attualmente, i nostri sensori devono essere sintonizzati con precisione per rilevare sostanze specifiche e desideriamo spingere ulteriormente sia la sensibilità che la specificità in futuro", ha affermato l'assistente professore Tinghui Xiao. "Con questo, pensiamo che potrebbero essere possibili applicazioni come il monitoraggio del glucosio, ideale per chi soffre di diabete, o persino il rilevamento di virus."
"C'è anche la possibilità che il sensore funzioni con altri metodi di analisi chimica oltre alla spettroscopia Raman, come l'analisi elettrochimica, ma tutte queste idee richiedono molte più indagini", ha affermato il professor Keisuke Goda. "In ogni caso, spero che questa ricerca possa portare a una nuova generazione di biosensori a basso costo in grado di rivoluzionare il monitoraggio sanitario e ridurre l'onere finanziario dell'assistenza sanitaria".
Sebbene molto sottile, il sensore in nanomesh d'oro è molto resistente e può essere allungato e deformato senza rompersi. Pertanto, può essere applicato a molti diversi tipi di superfici, non solo alla pelle umana, per diversi scopi di rilevamento. Credito:Goda et al.
