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Diabete: semplificare la cura del paziente con i sensori per pannolini autoalimentati che monitorano i livelli di zucchero nelle urine

Sensore per pannolini autoalimentato con trasmettitore wireless alimentato da una cella a biocarburante a base di carta con glucosio nelle urine come carburante. Credit: Università delle Scienze di Tokyo

Nuovi sensori per pannolini wireless alimentati da celle a biocarburante potrebbero aiutare a prevenire il diabete e semplificare l’assistenza a lungo termine

Grazie alla scienza e alla medicina moderna, ora sappiamo molto di più sui primi segni di alcune malattie e su quali biomarcatori controllare. Ancora più importante, disponiamo dei dispositivi e delle tecniche necessari per campionare e analizzare comodamente questi biomarcatori in contesti clinici in modo che medici, pazienti e operatori sanitari possano agire di conseguenza. Nel campo in continua evoluzione della tecnologia sanitaria, l’elettronica indossabile e i biosensori sono visti come potenziali punti di svolta, poiché consentono sia al personale medico che alle persone non mediche di monitorare a distanza le variabili corporee rilevanti.  

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Nel caso specifico del diabete, una malattia relativamente comune, il monitoraggio dei livelli di zucchero nel sangue è fondamentale. Fortunatamente, i livelli di zucchero nelle urine forniscono informazioni indirette sui livelli di zucchero nel sangue e possono essere utilizzati come biomarcatore alternativo per evitare di prelevare sangue costantemente. Inoltre, per misurare i livelli di zucchero nelle urine nei pazienti anziani o in cure a lungo termine, i sensori possono essere incorporati direttamente nei pannolini. Trasmettendo in modalità wireless i dati acquisiti, i sensori per pannolini possono semplificare notevolmente le attività di custodia e monitoraggio della salute. Tuttavia, sia i sensori che i trasmettitori wireless richiedono una fonte di energia per funzionare e mettere le batterie nei pannolini può essere una soluzione discutibile sia dal punto di vista ambientale che pratico.

Fortunatamente, gli scienziati giapponesi hanno trovato una soluzione a questo problema. In un recente studio pubblicato su ACS Sensors , il Professore Associato Isao Shitanda, il Professor Masayuku Itagaki e il Sig. Yuki Fujimura della Tokyo University of Science (TUS), Giappone, presentano un approccio promettente alla realizzazione di sensori per pannolini autoalimentati in grado di generare energia direttamente dall’urina. Questo lavoro è stato svolto in collaborazione con il Professore Associato Seiya Tsujimura dell’Università di Tsukuba, in Giappone. Degno di nota, questo lavoro è in linea con altri sforzi di ricerca del Dr. Shitanda e dei suoi colleghi per sviluppare biosensori autoalimentati come un sensore di lattato alimentato interamente dal sudore.

Ma come si genera abbastanza elettricità dall’urina per alimentare un sensore? La risposta sta nell’elettrochimica. Gli scienziati hanno sviluppato una cella a biocombustibile a base di carta che, attraverso una coppia di reazioni di riduzione-ossidazione, emette energia elettrica proporzionale alla quantità di glucosio nelle urine. Considerazioni importanti nella progettazione di tali celle a biocombustibile sono la quantità di urina necessaria per generare energia sufficiente e la stabilità e la durata complessive del dispositivo. Con questo in mente, gli scienziati hanno sviluppato uno speciale anodo, il terminale negativo di una cella elettrochimica, utilizzando un processo noto come “polimerizzazione a innesto” che ha permesso loro di ancorare saldamente enzimi reattivi al glucosio e molecole mediatrici a uno strato di carbonio poroso, che serviva come materiale conduttore di base.

Gli scienziati hanno testato il loro biosensore autoalimentato nei pannolini utilizzando l’urina artificiale a varie concentrazioni di glucosio. Hanno usato l’energia generata per alimentare un trasmettitore Bluetooth Low Energy e hanno monitorato a distanza la concentrazione misurata utilizzando uno smartphone. Hanno scoperto che la cella a biocombustibile poteva rilevare lo zucchero nelle urine in un tempo molto breve (entro 1 secondo).

“Oltre a monitorare il glucosio nel contesto del diabete, i sensori per pannolini possono essere utilizzati per verificare a distanza la presenza di urina se si fa scorta di zucchero come carburante in anticipo. Negli ospedali o nei centri di assistenza infermieristica, dove potenzialmente devono essere controllati periodicamente centinaia di pannolini, il dispositivo proposto potrebbe alleggerire molto le spalle degli operatori sanitari”, commenta il dott. Shitanda.  

In breve, il sensore che il team del Dr. Shitanda ha progettato non solo può prevenire il diabete, ma anche rendere la gestione del pannolino più efficiente e reattiva senza compromettere l’ambiente. “ Riteniamo che il concetto sviluppato in questo studio potrebbe diventare uno strumento molto promettente per lo sviluppo generale di biosensori indossabili autoalimentati ” , afferma il dott. Shitanda.

Speriamo che gli studi futuri migliorino ulteriormente i biosensori indossabili alimentati dai nostri fluidi corporei.