L'assistente professore dell'URI Daniel Roxbury (a sinistra) e l'ex studente laureato Mohammad Moein Safaee detengono materiali microfibrosi incorporati con sensori di nanotubi di carbonio prodotti nel laboratorio di Roxbury. Credito:Negar Rahmani
Le bende sono ottime per coprire le ferite, ma sarebbero molto più utili se potessero anche rilevare le infezioni.
Incorporando nanosensori nelle fibre di una benda, L'assistente professore dell'Università del Rhode Island Daniel Roxbury e l'ex studente laureato URI Mohammad Moein Safaee hanno creato un continuo, modo non invasivo per rilevare e monitorare un'infezione in una ferita.
"I nanotubi di carbonio a parete singola all'interno della benda saranno in grado di identificare un'infezione nella ferita rilevando le concentrazioni di perossido di idrogeno, " disse Roxbury.
Fino ad ora, la sfida con l'utilizzo di nanotubi per questo scopo è stata immobilizzarli in modo biocompatibile in modo tale che rimangano sensibili all'ambiente circostante, secondo Roxbury.
"Le microfibre che incapsulano i nanotubi di carbonio svolgono entrambi questi compiti, " ha detto Roxbury. "I nanotubi non lisciviano dal materiale, eppure rimangono sensibili al perossido di idrogeno all'interno delle ferite".
La "benda intelligente" sarà monitorata da un dispositivo indossabile miniaturizzato, che rileverà in modalità wireless (otticamente) il segnale dai nanotubi di carbonio nella benda. Il segnale può quindi essere trasmesso a un dispositivo di tipo smartphone che avvisa automaticamente il paziente o un operatore sanitario.
"Questo dispositivo sarà utilizzato esclusivamente per scopi diagnostici, " disse Roxbury. "Tuttavia, la speranza è che il dispositivo diagnostichi un'infezione in una fase iniziale, necessitare di meno antibiotici e prevenire misure drastiche, come l'amputazione di un arto. Prevediamo che questo sia particolarmente utile in quelli con diabete, dove la gestione delle ferite croniche è di routine."
La benda intelligente trattenuta da una pinzetta. Credito:Negar Rahmani
La tecnologia alla base della benda intelligente è ulteriormente descritta in un articolo pubblicato su Materiali funzionali avanzati . Roxbury, Safaee e il dottorando URI Mitchell Gravely sono gli autori dell'articolo.
sicuro, che ha completato il dottorato in ingegneria chimica presso l'URI nel dicembre 2020, imparato come creare fibre polimeriche come studente universitario prima di venire all'URI.
"Il professor Roxbury è stato molto favorevole all'idea di progettare tecnologie indossabili basate su nanotubi di carbonio ed ero entusiasta di assumere la guida del progetto, ", ha detto Safai.
Lavorando nel laboratorio di ingegneria NanoBio di Roxbury nel Fascitelli Center for Advanced Engineering, Safaee ha utilizzato diverse tecnologie avanzate per rendere la benda una realtà.
"Abbiamo progettato e ottimizzato un processo di microfabbricazione per posizionare con precisione i nanosensori all'interno delle singole fibre di un tessuto, " ha detto Safaee. "Abbiamo utilizzato microscopi all'avanguardia per studiare la struttura dei materiali che abbiamo prodotto. Ho anche utilizzato un autocostruito, spettrometro nel vicino infrarosso per ottimizzare le caratteristiche ottiche dei tessuti."
La fase successiva del progetto riguarderà la verifica che le bende funzionino correttamente in una capsula di Petri con cellule in coltura vive che si troverebbero nelle ferite.
"Queste cellule che useremo sono conosciute come fibroblasti e macrofagi (globuli bianchi) che producono perossido di idrogeno in presenza di batteri patogeni, " disse Roxbury. "Se tutto va bene, passeremo ai test 'in vivo' sui topi. A quel punto, troveremmo un collaboratore specializzato in questi modelli di ferite animali".
Sistema di sonde:i nanosensori sono posizionati all'interno delle singole fibre di un tessuto. Credito:Daniel Roxbury
I test si sono concentrati su piccoli campioni di bende, ma la tecnologia può essere applicata facilmente a bende molto più grandi.
"Non c'è davvero alcun limite in termini di dimensioni, " disse Roxbury. "In effetti, questa tecnologia sarà molto utile in grandi bende. Le bende più grandi possono essere più fastidiose da rimuovere e riapplicare, ma il nostro dispositivo non dovrà essere rimosso per consentire il rilevamento."
Mentre Roxbury va avanti con il progetto, Safaee si è trasferito al Massachusetts Institute of Technology per una posizione post-dottorato.
"Sono entrato a far parte del Furst Lab nel dipartimento di ingegneria chimica del MIT per far progredire e diversificare la mia ricerca nell'area della diagnostica molecolare e delle tecnologie di screening, " ha affermato Safaee. "Lavorerò specificamente sulla progettazione di tecnologie di screening ad alto rendimento basate su nanomateriali per la diagnostica point-of-care e le applicazioni per la scoperta di farmaci".
Safaee è grato per l'esperienza che ha acquisito all'URI.
"Ho appreso competenze inestimabili all'URI, compresa la microscopia e la spettroscopia nel vicino infrarosso, fabbricazione di nanomateriali, e strumentazione ottica, tutto ciò mi ha aiutato a diventare uno scienziato indipendente nel campo della nanobiotecnologia, " ha dichiarato Safaee.
