Un cerotto elettrico per monitorare l’emoglobina nei tessuti
Il cerotto, indossabile e flessibile, con il suo sensore fotoacustico potrebbe aiutare i medici a diagnosticare tumori, malfunzionamenti degli organi e altro ancora
Un team di ingegneri dell’Università della California, San Diego, ha sviluppato un cerotto elettronico in grado di monitorare le biomolecole nei tessuti profondi, compresa l’emoglobina. Ciò consente ai medici di accedere a informazioni cruciali che potrebbero aiutare a individuare condizioni pericolose per la vita, come tumori maligni, disfunzioni d’organo, emorragie cerebrali o intestinali e altro ancora.
“La quantità e la posizione dell’emoglobina nel corpo forniscono informazioni critiche sulla perfusione del sangue o sull’accumulo in luoghi specifici. Il nostro dispositivo mostra un grande potenziale nel monitoraggio ravvicinato di gruppi ad alto rischio, consentendo interventi tempestivi in momenti urgenti”, ha dichiarato Sheng Xu, professore di nanoingegneria presso la UC San Diego e autore corrispondente dello studio. L’articolo è pubblicato su Nature Communications.
La scarsa perfusione sanguigna all’interno del corpo può causare gravi disfunzioni agli organi ed è associata a una serie di disturbi, tra cui attacchi cardiaci e malattie vascolari delle estremità. Allo stesso tempo, un accumulo anomalo di sangue in aree come il cervello o l’addome può indicare emorragie cerebrali o viscerali o tumori maligni. Il monitoraggio continuo può aiutare la diagnosi di queste condizioni e facilitare interventi tempestivi e potenzialmente salvavita. Il nuovo sensore supera alcune limitazioni significative dei metodi esistenti per il monitoraggio delle biomolecole. La risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata a raggi X si basano su apparecchiature ingombranti che possono essere difficili da reperire e di solito forniscono solo informazioni sullo stato immediato della molecola, il che le rende inadatte al monitoraggio a lungo termine.
Il nuovo cerotto
Il nuovo cerotto indossabile e flessibile, si attacca comodamente alla pelle, consentendo un monitoraggio non invasivo e a lungo termine. È in grado di eseguire una mappatura tridimensionale dell’emoglobina con una risoluzione spaziale submillimetrica nei tessuti profondi, fino a diversi centimetri sotto la pelle, rispetto ad altri dispositivi elettrochimici indossabili che rilevano solo le biomolecole sulla superficie cutanea. Grazie alla sua selettività ottica, può ampliare la gamma di molecole rilevabili, integrando diversi diodi laser con diverse lunghezze d’onda, oltre alle sue potenziali applicazioni cliniche.
Il cerotto è dotato di diodi laser e trasduttori piezoelettrici (particolare dispositivo elettronico che ha il compito di trasformare l’energia elettrica in energia meccanica vibrazionale o viceversa) nella sua matrice di polimero di silicone morbido. Le biomolecole presenti nel tessuto assorbono l’energia ottica e irradiano onde acustiche nei mezzi circostanti. “I trasduttori piezoelettrici ricevono le onde acustiche, che vengono elaborate in un sistema elettrico per ricostruire la mappatura spaziale delle biomolecole che emettono le onde”, ha dichiarato Xiaoxiang Gao, ricercatore nel laboratorio di Xu e coautore dello studio. “Con i suoi impulsi laser a bassa potenza, è anche molto più sicuro delle tecniche a raggi X che hanno radiazioni ionizzanti”.
Sulla base del successo ottenuto finora, si prevede di esplorare il potenziale del dispositivo indossabile per il monitoraggio della temperatura interna. “Poiché l’ampiezza del segnale fotoacustico è proporzionale alla temperatura, abbiamo dimostrato il monitoraggio della temperatura interna in esperimenti ex-vivo”, ha detto Xu. “Tuttavia, la convalida del monitoraggio della temperatura sul corpo umano richiede una calibrazione interventistica”.
I ricercatori stanno continuando a lavorare con i medici per perseguire altre potenziali applicazioni cliniche.
