Gli scienziati di Manchester hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore indossabile in grado di monitorare con precisione il respiro, anche i più piccoli cambiamenti nei processi di espirazione e inspirazione. Questa innovazione, descritta in uno studio pubblicato su Advanced Materials , apre la strada a un migliore monitoraggio della salute e delle malattie respiratorie.
Il sensore, basato su un materiale 2D chiamato nitruro di boro esagonale (h-BN), è significativamente più sensibile e preciso rispetto ai modelli precedenti. È in grado di rilevare variazioni anche minime del ritmo respiratorio, come quelle causate dall'asma o dall'apnea notturna.
"Il nostro sensore è come un microfono estremamente preciso per il tuo respiro", afferma l'autrice principale, la prof.ssa Cinzia Casiraghi, ricercatrice presso l'Università di Manchester. "Può rilevare i più piccoli cambiamenti nel flusso d'aria, fornendo preziose informazioni fisiologiche su un individuo, ad esempio, relative alle sue condizioni cardiache, neurologiche e polmonari, nonché ad alcuni tipi di malattie."
Come funziona
Il materiale attivo nel sensore è costituito da un inchiostro al nitruro di boro esagonale, progettato dalla chimica supramolecolare per fornire una maggiore sensibilità alle molecole d'acqua. L'inchiostro viene depositato tra gli elettrodi sotto forma di una pellicola sottile e quindi agli elettrodi viene applicato un campo elettrico alternato.
Quando si inspira ed espira, il segnale elettrico della pellicola cambia in base all'umidità locale, mostrando una caratteristica "forma a V" associata al ciclo respiratorio completo. I cambiamenti nella forma a V possono quindi essere attribuiti a cambiamenti nel processo di espirazione-inspirazione, ad esempio a causa di tosse, febbre, naso che cola e naso chiuso.
Il nuovo sensore presenta numerosi vantaggi rispetto alle tecnologie esistenti. È più sensibile, il che significa che può rilevare piccoli cambiamenti nel respiro. È anche più veloce, con un tempo di risposta di soli millisecondi. Inoltre, non è influenzato dalla temperatura o da altri fattori ambientali, il che lo rende più affidabile per l'uso nel mondo reale. Inoltre, può essere facilmente integrato nelle maschere facciali.
Potenziali applicazioni
I ricercatori ritengono che il loro sensore abbia il potenziale per rivoluzionare il modo in cui monitoriamo la salute respiratoria e potrebbe essere utilizzato per monitorare l'efficacia dei trattamenti respiratori.
"Questo sensore ha il potenziale per fare davvero la differenza nella vita delle persone con problemi respiratori", afferma il dottor Liming Chen, postdoc del gruppo Casiraghi che ha lavorato a questo progetto. "Potrebbe aiutarci a diagnosticare le malattie in anticipo, a monitorarne la progressione e a elaborare piani di trattamento personalizzati."
I ricercatori stanno ora lavorando per estendere la tecnologia per ottenere un'elevata sensibilità e selettività verso biomarcatori selezionati presenti nel respiro associati a malattie, ad esempio l'ammoniaca respiratoria.
Sperano di vedere la loro tecnologia nelle mani dei pazienti e degli operatori sanitari nel prossimo futuro.
Ulteriori informazioni: Liming Chen et al, Sensori indossabili per il monitoraggio del respiro basati su inchiostri al nitruro di boro esagonale a base acqua realizzati con funzionalizzazione supramolecolare, Materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/adma.202312621
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università di Manchester
