Il futuro potrebbe contenere sensori portatili e indossabili per rilevare virus e batteri nell'ambiente circostante. Ma non ci siamo ancora. Gli scienziati della Tohoku University hanno studiato materiali in grado di trasformare l'energia meccanica in energia elettrica o magnetica, e viceversa, per decenni. Insieme ai colleghi, hanno pubblicato una recensione sulla rivista Materiale avanzato sugli sforzi più recenti nell'utilizzo di questi materiali per fabbricare biosensori funzionali.

"La ricerca sul miglioramento delle prestazioni dei sensori antivirus non è progredita molto negli ultimi anni, ", afferma Fumio Narita, ingegnere dei materiali della Tohoku University. "La nostra revisione mira ad aiutare i giovani ricercatori e gli studenti laureati a comprendere gli ultimi progressi per guidare il loro lavoro futuro per migliorare la sensibilità del sensore virus".

I materiali piezoelettrici convertono l'energia meccanica in energia elettrica. Gli anticorpi che interagiscono con un virus specifico possono essere posizionati su un elettrodo incorporato su un materiale piezoelettrico. Quando il virus bersaglio interagisce con gli anticorpi, provoca un aumento di massa che diminuisce la frequenza della corrente elettrica che si muove attraverso il materiale, segnalandone la presenza. Questo tipo di sensore è oggetto di indagine per rilevare diversi virus, compreso il virus del papilloma umano che causa il cancro della cervice uterina, HIV, influenza A, Ebola ed epatite B.

I materiali magnetostrittivi convertono l'energia meccanica in energia magnetica e viceversa. Questi sono stati studiati per rilevare infezioni batteriche, come il tifo e la peste suina, e per rilevare le spore di antrace. Gli anticorpi di sondaggio vengono fissati su un chip biosensore posizionato sul materiale magnetostrittivo e quindi viene applicato un campo magnetico. Se l'antigene bersaglio interagisce con gli anticorpi, aggiunge massa al materiale, portando a un cambiamento di flusso magnetico che può essere rilevato utilizzando una bobina di rilevamento.

Narita afferma che gli sviluppi nell'intelligenza artificiale e negli studi di simulazione possono aiutare a trovare materiali piezoelettrici e magnetostrittivi ancora più sensibili per rilevare virus e altri agenti patogeni. I materiali futuri potrebbero essere senza bobina, senza fili, e morbido, rendendo possibile incorporarli in tessuti ed edifici.

Gli scienziati stanno persino studiando come utilizzare questi e materiali simili per rilevare SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, nell'aria. Questo tipo di sensore potrebbe essere incorporato nei sistemi di ventilazione dei trasporti sotterranei, Per esempio, per monitorare la diffusione del virus in tempo reale. I sensori indossabili potrebbero anche allontanare le persone da un ambiente contenente virus.

"Gli scienziati devono ancora sviluppare sensori più efficaci e affidabili per il rilevamento dei virus, con maggiore sensibilità e precisione, dimensioni e peso ridotti, e una migliore accessibilità, prima che possano essere utilizzati in applicazioni domestiche o abbigliamento intelligente, " dice Narita. "Questo tipo di sensore di virus diventerà una realtà con ulteriori sviluppi nella scienza dei materiali e il progresso tecnologico nell'intelligenza artificiale, apprendimento automatico, e analisi dei dati".