I nuovi dispositivi tecnologici stanno dando la priorità al monitoraggio non invasivo dei segni vitali, non solo per il monitoraggio della forma fisica, ma anche per la prevenzione di problemi di salute comuni come l'insufficienza cardiaca, ipertensione e complicanze legate allo stress, tra gli altri. I dispositivi indossabili basati su meccanismi di rilevamento ottico si stanno rivelando un approccio prezioso per la segnalazione dei meccanismi interni del nostro corpo e negli ultimi anni hanno registrato una grande penetrazione nel mercato dei consumatori. Tecnologie indossabili attuali, basato su componenti non flessibili, non forniscono la precisione desiderata e possono monitorare solo un numero limitato di segni vitali. Per affrontare questo problema, sensori ottici conformabili non invasivi in ​​grado di misurare una serie più ampia di segni vitali sono in cima alla lista dei desideri degli utenti finali.

In un recente studio pubblicato su Progressi scientifici , I ricercatori dell'ICFO hanno dimostrato una nuova classe di dispositivi indossabili flessibili e trasparenti che sono conformabili alla pelle e possono fornire misurazioni continue e accurate di molteplici segni vitali umani. Questi dispositivi possono misurare la frequenza cardiaca, frequenza respiratoria e ossigenazione del polso sanguigno, così come l'esposizione ai raggi UV del sole. Mentre il dispositivo misura i diversi parametri, la lettura viene visualizzata e memorizzata su un'interfaccia del telefono cellulare collegata al wearable tramite Bluetooth. Inoltre, il dispositivo può funzionare senza batteria poiché viene caricato in modalità wireless tramite il telefono.

"Era molto importante per noi dimostrare l'ampia gamma di potenziali applicazioni per la nostra tecnologia avanzata di rilevamento della luce attraverso la creazione di vari prototipi, compreso il bracciale flessibile e trasparente, il cerotto per la salute integrato su un telefono cellulare e il cerotto per il monitoraggio UV per l'esposizione al sole. Hanno dimostrato di essere versatili ed efficienti grazie a queste caratteristiche uniche, " riferisce il dottor Emre Ozan Polat, primo autore di questa pubblicazione.

Il braccialetto è stato fabbricato in modo tale da adattarsi alla superficie della pelle e fornire una misurazione continua durante l'attività (vedi Figura 1). Il braccialetto incorpora un sensore di luce flessibile in grado di registrare otticamente la variazione di volume dei vasi sanguigni, a causa del ciclo cardiaco, e quindi estrarre diversi segni vitali come la frequenza cardiaca, frequenza respiratoria e ossigenazione del polso sanguigno.

In secondo luogo, i ricercatori riferiscono sull'integrazione di un cerotto per la salute del grafene sullo schermo di un telefono cellulare, che misura e visualizza istantaneamente i segni vitali in tempo reale quando un utente posiziona un dito sullo schermo (vedi Figura 2). Una caratteristica unica di questo prototipo è che il dispositivo utilizza la luce ambientale per funzionare, promuovere un basso consumo energetico in questi dispositivi indossabili integrati e, quindi, consentendo un monitoraggio continuo dei marker di salute per lunghi periodi di tempo.

L'avanzata tecnologia di rilevamento della luce di ICFO ha implementato due tipi di nanomateriali:grafene, un materiale altamente flessibile e trasparente costituito da uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un atomo, insieme a uno strato di assorbimento della luce fatto di punti quantici. La tecnologia dimostrata porta un nuovo fattore di forma e libertà di progettazione nel campo dei dispositivi indossabili, rendendo i dispositivi basati su punti quantici di grafene una solida piattaforma per gli sviluppatori di prodotti. Dott. Antonios Oikonomou, sviluppatore aziendale presso ICFO lo ha sottolineato affermando che "L'industria in forte espansione dei dispositivi indossabili sta cercando con impazienza di aumentare la fedeltà e la funzionalità delle sue offerte. La nostra piattaforma tecnologica basata sul grafene risponde a questa sfida con una proposta unica:una scalabile, sistema a basso consumo in grado di misurare più parametri consentendo al contempo la traduzione di nuovi fattori di forma in prodotti."

Dott. Stijn Goossens, correlatore dello studio, commenta anche che "abbiamo fatto un passo avanti mostrando un flessibile, sistema di rilevamento indossabile basato su componenti di rilevamento della luce in grafene. La chiave era scegliere il meglio dei mondi rigidi e flessibili. Abbiamo utilizzato i vantaggi esclusivi dei componenti flessibili per il rilevamento dei segni vitali e li abbiamo combinati con le alte prestazioni e la miniaturizzazione dei componenti elettronici rigidi convenzionali".

Finalmente, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare un ampio intervallo di rilevamento della lunghezza d'onda con la tecnologia, estendendo la funzionalità dei prototipi oltre il range visibile. Utilizzando la stessa tecnologia di base, hanno fabbricato un prototipo di patch UV flessibile (vedi Figura 3) in grado di trasferire in modalità wireless sia energia che dati, e funzionamento senza batteria per rilevare l'indice UV ambientale. Il cerotto funziona con un basso consumo energetico e ha un sistema di rilevamento UV altamente efficiente che può essere attaccato agli indumenti o alla pelle, e utilizzato per monitorare l'assunzione di radiazioni dal sole, avvisare chi lo indossa di ogni possibile sovraesposizione.

"Siamo entusiasti delle prospettive di questa tecnologia, indicando un percorso scalabile per l'integrazione di punti quantici di grafene in circuiti indossabili completamente flessibili per migliorare la forma, Tatto, durata, e prestazioni, " commenta il prof. Frank Koppens, leader del gruppo Quantum Nano-Optoelectronics presso ICFO. "Tali risultati mostrano che questa piattaforma indossabile flessibile è compatibile con processi di fabbricazione scalabili, dimostrare che la produzione di massa di dispositivi a basso costo è a portata di mano nel prossimo futuro."