I sensori medici sulla pelle e i dispositivi sanitari indossabili sono importanti strumenti sanitari che devono essere incredibilmente flessibili e ultrasottili in modo da potersi muovere con il corpo umano. Inoltre, la tecnologia deve resistere a piegamenti e stiramenti e deve essere permeabile ai gas per prevenire irritazioni e disagi. Un'altra importante caratteristica di sicurezza di questi dispositivi è il circuito di protezione da surriscaldamento richiesto. Ciò impedisce ai dispositivi di surriscaldarsi e bruciare chi li indossa. Qualsiasi nuova tecnologia sviluppata per questi sensori deve soddisfare queste esigenze.

In un recente articolo, i ricercatori hanno dimostrato come un componente importante dei sensori chiamato termistore può essere costruito utilizzando una rete di fibre ultrasottili. I termistori sono un tipo di resistore la cui resistenza varia notevolmente con la temperatura.

Il documento è stato pubblicato online su Advanced Science il 4 settembre.

"È necessario un circuito di protezione dal surriscaldamento per evitare di bruciare i tessuti biologici durante il funzionamento di dispositivi flessibili. Un candidato è un termistore a coefficiente di temperatura positivo (PTC) polimerico, che ha un grande aumento della resistenza all'interno di un intervallo di temperatura ristretto", ha affermato Chihiro Okutani, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica presso l'Università di Shinshu in Giappone.

"Affinché tali termistori possano essere applicati per sensori medici sulla pelle, devono essere estensibili e piegabili fino a diverse centinaia di micrometri. Tuttavia, è ancora difficile fabbricare un termistore le cui caratteristiche di temperatura non si deteriorino quando avvolto attorno a un ago con una curvatura raggio inferiore a 1 mm."

È importante che questa tecnologia sia in grado di avvolgere un ago perché a volte i sensori sono attaccati ad aghi o cateteri durante l'uso. Per raggiungere questo obiettivo, il termistore deve essere ultrasottile. I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata elettrofilatura per creare il termistore PTC polimerico a maglia ultrasottile. L'elettrofilatura utilizza l'elettricità per creare minuscole fibre. Le fibre possono essere realizzate con materiali diversi, ma in questo caso i ricercatori hanno utilizzato una soluzione di materiali compositi.

Il termistore di nuova concezione è stato quindi testato per garantire che raggiungesse capacità prestazionali simili alla tecnologia esistente. Come i tipici termistori a pellicola, il termistore PTC polimerico a rete ha mostrato un aumento della resistenza di tre ordini di grandezza, una caratteristica importante per prevenire il surriscaldamento e le ustioni.

Utilizzando una struttura a rete, il termistore ha anche raggiunto la trasparenza, che può aiutare i sensori a fondersi nella pelle, e la permeabilità ai gas. La permeabilità ai gas è necessaria perché previene irritazioni e disagi. "Abbiamo anche dimostrato il funzionamento del termistore avvolto attorno a un ago da 280 micrometri fabbricando le fibre su una pellicola ultrasottile da 1,4 micrometri", ha affermato Okutani.

Anche con questo strato di fibra, che serve a conferire alla rete una struttura e un rilevamento del calore aggiuntivo, il termistore è rimasto molto sottile. Questo è importante perché qualsiasi dispositivo medico indossabile deve essere in grado di resistere alla flessione e quando il dispositivo è più sottile, c'è meno sforzo.

Sebbene questa tecnologia dei termistori sia promettente, saranno necessarie ulteriori ricerche per renderla un'alternativa affidabile all'attuale tecnologia dei termistori sul mercato. Un termistore a rete ha un valore di resistenza iniziale elevato a causa del suo numero limitato di percorsi conduttivi. I ricercatori hanno proposto che la riduzione della distanza tra le fibre nella rete o l'aumento del numero di elettrodi utilizzati potrebbe risolvere alcuni di questi problemi, ma sarà necessario eseguire ulteriori test.

"Il nostro prossimo passo sono le applicazioni pratiche dei termistori sviluppati. Riteniamo che i termistori ultraflessibili e permeabili ai gas possano agire come componenti di prevenzione del surriscaldamento per dispositivi sulla pelle o impiantabili, il che rende i sensori flessibili più sicuri da usare e più affidabili", ha affermato Okutani . + Esplora ulteriormente

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