Un nuovo sensore costituito da una serie alternata di diodi emettitori di luce stampati e fotorilevatori può rilevare i livelli di ossigeno nel sangue in qualsiasi parte del corpo. Il sensore emette luce rossa e infrarossa sulla pelle e rileva il rapporto tra luce riflessa. Credito:Yasser Khan, Gruppo di ricerca Arias, UC Berkeley
Le ferite non possono guarire senza un costante afflusso dell'ingrediente chiave del sangue:l'ossigeno.
Un nuovo sensore flessibile sviluppato dagli ingegneri dell'Università della California, Berkeley, può mappare i livelli di ossigeno nel sangue su vaste aree della pelle, tessuti e organi, potenzialmente offrendo ai medici un nuovo modo per monitorare la guarigione delle ferite in tempo reale.
"Quando senti la parola ossimetro, il nome dei sensori di ossigeno nel sangue, ti vengono in mente rigidi e ingombranti sensori a clip per le dita, "ha detto Yasser Khan, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica alla UC Berkeley. "Volevamo rompere con quello, e mostrano che gli ossimetri possono essere leggeri, sottile e flessibile."
Il sensore, descritto questa settimana sul giornale Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , è fatto di elettronica organica stampata su plastica pieghevole che si adatta ai contorni del corpo. A differenza degli ossimetri da dito, può rilevare i livelli di ossigeno nel sangue in nove punti di una griglia e può essere posizionato ovunque sulla pelle. Potrebbe essere potenzialmente utilizzato per mappare l'ossigenazione degli innesti cutanei, o guardare attraverso la pelle per monitorare i livelli di ossigeno negli organi trapiantati, dicono i ricercatori.
"Tutte le applicazioni mediche che utilizzano il monitoraggio dell'ossigeno potrebbero beneficiare di un sensore indossabile, "ha detto Ana Claudia Arias, un professore di ingegneria elettrica e informatica alla UC Berkeley. "Pazienti con diabete, le malattie respiratorie e persino l'apnea notturna potrebbero utilizzare un sensore che potrebbe essere indossato ovunque per monitorare i livelli di ossigeno nel sangue 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Il sensore è assemblato da un foglio stampato di fotorivelatori organici (in alto) e LED organici rossi e infrarossi (in basso). Credito:Yasser Khan, Gruppo di ricerca Arias, UC Berkeley
Gli ossimetri esistenti utilizzano diodi emettitori di luce (LED) per far brillare la luce rossa e del vicino infrarosso attraverso la pelle e quindi rilevare quanta luce arriva dall'altra parte. Rosso, il sangue ricco di ossigeno assorbe più luce infrarossa, mentre più scuro, il sangue povero di ossigeno assorbe più luce rossa. Osservando il rapporto tra la luce trasmessa, i sensori possono determinare la quantità di ossigeno nel sangue.
Questi ossimetri funzionano solo su aree del corpo parzialmente trasparenti, come la punta delle dita o i lobi delle orecchie, e può misurare solo i livelli di ossigeno nel sangue in un singolo punto del corpo.
"Regioni spesse del corpo, come la fronte, braccia e gambe, passano a malapena la luce visibile o vicina all'infrarosso, il che rende la misurazione dell'ossigenazione in questi luoghi davvero impegnativa, " ha detto Khan.
Nel 2014, Arias e un team di studenti laureati hanno dimostrato che i LED organici stampati possono essere utilizzati per creare sottili, ossimetri flessibili per polpastrelli o lobi delle orecchie. Da allora, hanno spinto ulteriormente il loro lavoro, sviluppare un modo per misurare l'ossigenazione nei tessuti utilizzando la luce riflessa anziché la luce trasmessa. La combinazione delle due tecnologie consente loro di creare il nuovo sensore indossabile in grado di rilevare i livelli di ossigeno nel sangue in qualsiasi parte del corpo.
Il nuovo sensore è costituito da una serie di LED organici rossi e nel vicino infrarosso alternati e fotodiodi organici stampati su un materiale flessibile. Il team ha utilizzato il sensore per tracciare i livelli complessivi di ossigeno nel sangue sulla fronte di un volontario che ha respirato aria con concentrazioni di ossigeno progressivamente più basse, simili a salire in altitudine, e ha scoperto che corrispondeva a quelli che utilizzavano un ossimetro da dito standard. Hanno anche usato il sensore per mappare i livelli di ossigeno nel sangue in una griglia tre per tre sull'avambraccio di un volontario che indossa un bracciale a pressione.
"Dopo il trapianto, i chirurghi vogliono misurare che tutte le parti di un organo ricevono ossigeno, " disse Khan. "Se hai un sensore, devi spostarlo per misurare l'ossigenazione in luoghi diversi. Con un array, puoi sapere subito se c'è un punto che non sta guarendo correttamente."
