I ricercatori del College of Engineering della Purdue University hanno inventato e stanno sviluppando dispositivi medici non invasivi per rendere il monitoraggio e il trattamento di determinate condizioni fisiologiche e psicologiche più tempestivo e preciso.
Wenzhuo Wu, professore associato di ingegneria industriale di Ravi ed Eleanor Talwar Rising Star, ha affermato che il monitoraggio non invasivo e ripetuto dei livelli di acido urico (UA) nel sudore umano per lunghi periodi di tempo potrebbe consentire diagnosi, terapia e prognosi senza precedenti di diverse condizioni, comprese ansia e ipertensione.
"Io e il mio team abbiamo creato nuovi sensori non invasivi e indossabili che monitorano i livelli di acido urico nel sudore umano", ha detto Wu. "Questi sensori in attesa di brevetto, chiamati EPICS, hanno una sensibilità più elevata e una migliore vestibilità e possono essere realizzati con materiali meno costosi rispetto ai sensori tradizionali che misurano i livelli di acido urico."
Un articolo sulla ricerca è stato pubblicato su Nano Energy.
Wu ha affermato che l'UA viene prodotta nel corpo umano come prodotto finale del metabolismo delle purine. Agisce anche come un allarme che innesca l'infiammazione come risposta immunitaria.
"La variazione nella concentrazione di UA potrebbe indicare malattie fisiologiche come la gotta, l'iperuricemia e l'ipertensione, nonché condizioni psicologiche come ansia e depressione", ha detto Wu.
"Studi recenti riportano che le malattie fisiologiche associate a livelli anomali di UA colpiscono circa l'1%-4% della popolazione mondiale e costano più di 20 miliardi di dollari in spese mediche annuali. Le condizioni psicologiche associate a livelli anormali di UA hanno un impatto sull'8,74% della popolazione degli Stati Uniti e costano annualmente 33,7 miliardi di dollari in spese mediche correlate."
Wu ha spiegato che esistono misurazioni cliniche consolidate dei livelli di UA nel sangue utilizzato per il metabolismo e il controllo della nutrizione. Ha anche detto che hanno degli svantaggi.
"La natura intrusiva della raccolta del sangue e il ritardo tra la raccolta del campione e l'analisi rappresentano i principali ostacoli, soprattutto per i trattamenti a distanza personalizzati come la prevenzione delle riacutizzazioni e il controllo nutrizionale just-in-time", ha affermato Wu. "Il monitoraggio dei livelli di UA nei campioni di sudore presenta il vantaggio di non essere invasivo e di offrire risultati in tempo reale."
Wu ha affermato che gli attuali sensori indossabili per misurare i livelli di UA nel sudore presentano diverse limitazioni, tra cui complicati processi di fabbricazione, strumenti sofisticati, materie prime costose e prestazioni insoddisfacenti.
"I livelli di UA nel sudore di un essere umano sano sono significativamente inferiori ai livelli di UA nel sangue. Ciò significa che i sensori devono avere limiti di rilevamento superiori", ha affermato Wu. "Inoltre, il monitoraggio continuo richiede un contatto intimo tra il sensore UA e la pelle umana, il che impone ulteriori requisiti per l'indossabilità dei sensori."
Wu e il suo team hanno sviluppato EPICS, sensori flessibili e non invasivi che monitorano l’acido urico nel sudore umano. Hanno creato i sensori dall'ossido di zinco, un materiale non tossico, biocompatibile ed elettrochimicamente attivo.
"Il nostro design consente la possibilità di un monitoraggio non invasivo dell'UA con prestazioni migliorate grazie all'energia meccanica altrimenti sprecata, come quella del corpo umano", ha affermato Wu. "I principi piezoelettrocatalitici fondamentali possono essere estesi anche ad altri materiali piezoelettrici con proprietà catalitiche per il rilevamento ad alte prestazioni nei settori biomedico, farmaceutico e agricolo."
Wu e il suo team hanno testato EPICS presso il Flex Lab della Purdue University dall'estate del 2021. Ha affermato che i risultati mostrano che EPICS ha superato i tradizionali sensori UA nei test.
"Abbiamo dimostrato che i dispositivi EPICS ottengono un miglioramento quadruplo delle prestazioni di rilevamento dell'UA con una piccola deformazione di compressione potenziata dalla piezoelettrocatalisi durante l'ossidazione elettrochimica dell'UA sulle superfici dei nanotubi di ossido di zinco deformati meccanicamente", ha affermato Wu. "I dispositivi EPICS hanno mostrato una sensibilità e un limite di rilevamento superiori, superando tutti i sensori UA elettrochimici flessibili segnalati."
Wu e il team di ricerca condurranno ulteriori test per convalidare il rilevamento sul corpo di EPICS e per valutare le prestazioni del sensore nel tempo.
Ulteriori informazioni: Jing Jiang et al, Sensore flessibile piezo-elettrocatalitico di acido urico, Nano Energy (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108978
Informazioni sul giornale: Nanoenergia
Fornito dalla Purdue University
