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La futura tecnologia sanitaria indossabile potrebbe misurare i gas rilasciati dalla pelle

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Gli scienziati hanno compiuto il primo passo per creare la prossima generazione di dispositivi di monitoraggio della salute indossabili.

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La maggior parte delle ricerche sulla misurazione dei biomarcatori umani, che sono misure della salute di un corpo, si basano su segnali elettrici per rilevare le sostanze chimiche escrete nel sudore. Ma i sensori che si basano sulla traspirazione spesso ne richiedono enormi quantità solo per ottenere una lettura.

Un nuovo studio suggerisce che un sensore indossabile potrebbe essere in grado di monitorare la salute del corpo rilevando i gas rilasciati dalla pelle di una persona.

“È completamente non invasivo e completamente passivo per conto dell’utente”, ha affermato Anthony Annerino, autore principale dello studio e studente laureato in scienze dei materiali e ingegneria presso la Ohio State University.

Alcuni dispositivi indossabili, come smartwatch o fitness tracker, sono già in grado di misurare la frequenza cardiaca o la temperatura, ma il metodo di questo team consentirebbe alla tecnologia di rilevare biomarcatori correlati a disturbi metabolici , come malattie cardiache o diabete.

La loro ricerca è pubblicata sulla rivista PLOS One .

“Il discernimento dei problemi di salute attraverso la pelle è davvero l’ultima frontiera”, ha affermato la coautrice dello studio Pelagia-Iren Gouma, professoressa di scienza dei materiali e ingegneria. Gouma guida anche il progetto Smart Connected Health, che mira a sostenere la ricerca nel campo della salute e della medicina.

“Il progetto ha ancora un paio d’anni da fare”, ha detto Gouma. “Ma in sei mesi, dovremmo avere il proof of concept e in un anno vorremmo averlo testato sulle persone”.

Il prodotto finale della ricerca del team sarebbe un piccolo dispositivo che una persona potrebbe indossare su posizioni del corpo a bassa sudorazione, come dietro l’orecchio o sulle unghie, ha detto. E man mano che sempre più persone acquisiscono familiarità con l’uso dei dispositivi indossabili nella vita di tutti i giorni, Gouma si aspetta che tecnologia e medicina diventino ancora più intrecciate.

“Stiamo sviluppando una nuova generazione di sensori per la pelle e sarà davvero la nuova norma”, ha affermato Gouma.

Gli scienziati, incluso Gouma, hanno una lunga storia nel misurare la concentrazione di composti organici nel nostro respiro, un tipo di gas, come indicatori di salute. Un esempio potrebbe essere il soffiaggio in un etilometro, un dispositivo in grado di misurare la quantità di alcol nel sangue di una persona o essere utilizzato per rilevare i virus.

Ma un tale gadget richiede “intento attivo” e fornisce solo una “istantanea momentanea” del corpo, ha osservato Annerino. Rispetto alla quantità di sostanze chimiche che rilasciamo quando respiriamo, ha affermato, i sensori di questo team possono operare su quantità molto più piccole di acetone gassoso rilasciato dalla pelle.

L’acetone è una delle sostanze secrete dalla pelle che può dire molto ai ricercatori sul funzionamento interno del corpo umano. È stato anche dimostrato che le concentrazioni di acetone nel respiro sono correlate ai livelli di zucchero nel sangue e ai tassi di combustione dei grassi.

“Questa è un’area di ricerca che non è stata ancora ben sviluppata, perché stiamo producendo solo ora la tecnologia per misurare concentrazioni più basse di questi gas con un’elevata selettività”, ha affermato Annerino.

Per verificare se i loro sensori potessero rilevare quantità variabili di queste sostanze chimiche illuminanti (che segnalerebbero la presenza delle molecole gassose), i ricercatori hanno creato una pellicola composta da derivati ??della cellulosa vegetale e polimeri elettroattivi. Questo film può piegarsi notevolmente in risposta alla quantità di acetone rilevata nel suo ambiente.

Il team di Annerino ha quindi posizionato la pellicola su soluzioni contenenti etanolo (alcool), acetone e acqua per misurarne la sensibilità, la selettività e la ripetibilità.

“Abbiamo riscontrato una propensione significativa a piegarsi maggiormente all’esposizione a determinate sostanze chimiche rispetto ad altre”, ha affermato Annerino. Questa flessione avviene in millisecondi e i ricercatori hanno utilizzato l’apprendimento automatico e complessi algoritmi di calcolo per registrare e tracciare accuratamente la risposta alla flessione del film alle diverse soluzioni chimiche.

Le loro scoperte hanno mostrato che i film sono abbastanza sensibili da tenere traccia dei cambiamenti a lungo termine nel corpo. Mentre ci si concentra su un sensore del tasso metabolico, un altro possibile utilizzo sarebbe quello di tracciare l’etanolo che, nel corpo, può indicare segni di malattie del fegato. È necessario lavorare di più su come i film utilizzati in questo studio funzionerebbero come sensori effettivi indossati sul corpo, hanno affermato i ricercatori.

L’opportunità di semplificare la vita di qualcuno è stata una delle ragioni per cui Annerino si è detto così ansioso di essere coinvolto nello studio. “Non tutti gli studi di ricerca hanno un impatto evidente sulla società e sulla vita delle persone, ma questo è qualcosa che questo progetto in particolare ha davvero”, ha affermato.


Maggiori informazioni: Anthony Annerino et al, Verso monitor skin-acetone con sensibilità selettiva: Dynamics of PANI-CA films, PLOS ONE (2022). DOI: 10.1371/journal.pone.0267311

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