Cerotti ultrasottili autoalimentati

Sviluppati cerotti ultrasottili autoalimentati per la salute in grado di monitorare il polso e la pressione sanguigna di un utente, il che può portare a nuovi dispositivi flessibili di raccolta di energia basati sul movimento.

Scienziati dell'Università di Osaka, in collaborazione con JOANNEUM RESEARCH (Weiz, Austria), hanno introdotto patch di monitoraggio della salute wireless che utilizzano nanogeneratori piezoelettrici incorporati per alimentarsi con l'energia biomeccanica raccolta. Questo lavoro, pubblicato su Nature Communications, (1) potrebbe portare a nuovi sensori sanitari autonomi e dispositivi elettronici indossabili senza batteria.

Man mano che la tecnologia indossabile e i sensori intelligenti diventano sempre più popolari, il problema di fornire alimentazione a tutti questi dispositivi diventa più rilevante. Sebbene il fabbisogno energetico di ciascun componente possa essere modesto, la necessità di cavi o persino di batterie diventa onerosa e scomoda. Ecco perché sono necessari nuovi metodi di raccolta di energia. Inoltre, la capacità dei monitor sanitari integrati di utilizzare il movimento ambientale sia per alimentare che per attivare i sensori contribuirà ad accelerarne l'adozione negli studi medici.

Ora, un team internazionale di ricercatori provenienti dal Giappone e dall'Austria ha inventato nuovi cerotti ultraflessibili con un polimero ferroelettrico in grado non solo di rilevare il polso e la pressione sanguigna di un paziente, ma anche di autoalimentarsi dai normali movimenti.

La chiave era iniziare con un substrato spesso solo un micron. Utilizzando un forte campo elettrico, i domini cristallini ferroelettrici in un copolimero sono stati allineati in modo che il campione avesse un grande momento di dipolo elettrico. Basato sull'effetto piezoelettrico, che è molto efficiente nel convertire il movimento naturale in piccole tensioni elettriche, il dispositivo risponde rapidamente alle variazioni di tensione o pressione.

Queste tensioni possono essere trasdotte in segnali per i sensori medici o per raccogliere direttamente l'energia. «I nostri cerotti e-health possono essere utilizzati come parte dello screening per malattie legate allo stile di vita come disturbi cardiaci, segni di stress e apnea notturna», afferma il primo autore Andreas Petritz. (2)

Gli autori stimano che i cerotti multistrato possono raccogliere fino a 200 millijoule al giorno da movimenti biomeccanici se posizionati su articolazioni, come ginocchia o gomiti. Questo è sufficiente per monitorare i parametri cardiovascolari più volte al giorno. E i cerotti sono così sottili da essere appena percettibili rendendo così un male necessario per molti pazienti - il monitoraggio quotidiano della salute - meno sgradevole.

«Ci aspettiamo che i nostri risultati contribuiranno allo sviluppo di altri sistemi di sensori di tipo foglio che possono eseguire un biomonitoraggio preciso quando applicati sulla superficie della pelle», afferma l'autore senior Tsuyoshi Sekitani. (3) I moduli aggiuntivi consentono altre funzionalità, come la comunicazione wireless con uno smartphone o un computer.

Informazioni sull'Università di Osaka

L'Università di Osaka è stata fondata nel 1931 come una delle sette università imperiali del Giappone ed è ora una delle principali università del Giappone con un ampio spettro disciplinare. A questa forza si unisce una singolare spinta all'innovazione che si estende lungo tutto il processo scientifico, dalla ricerca fondamentale alla creazione di tecnologia applicata con impatti economici positivi. Il suo impegno per l'innovazione è stato riconosciuto in Giappone e in tutto il mondo, essendo stata nominata l'università più innovativa del Giappone nel 2015 (Reuters 2015 Top 100) e una delle istituzioni più innovative al mondo nel 2017 (Università innovative e Nature Index Innovation 2017). Ora, l'Università di Osaka sta sfruttando il suo ruolo di Società universitaria nazionale designata selezionata dal Ministero dell'istruzione, della cultura, dello sport, della scienza e della tecnologia per contribuire all'innovazione per il benessere umano, allo sviluppo sostenibile della società e alla trasformazione sociale. (4)

A proposito di JOANNEUM RESEARCH

JOANNEUM RESEARCH sviluppa soluzioni e tecnologie per un'ampia gamma di industrie ed enti pubblici ed è impegnata nella ricerca applicata di alto livello su scala internazionale. Integrato in modo ottimale nella rete di innovazione nazionale e internazionale, il nostro personale sviluppa innovazioni nelle tre aree tematiche delle tecnologie dell'informazione e della produzione, della tecnologia umana e della medicina, della società e della sostenibilità.

Utilizzando moderne tecnologie e processi basati sulla miniaturizzazione, integrazione e ottimizzazione dei materiali, MATERIALS - The Institute for Surface Technologies and Photonics - offre soluzioni interdisciplinari per l'intera catena del valore. Questi includono micro e nanostrutture di grandi dimensioni, bio e chemosensori, tecnologie della luce, superfici funzionalizzate o processi laser. (5)

Riferimenti:

(1) Imperceptible energy harvesting device and biomedical sensor based on ultraflexible ferroelectric transducers and organic diodes

(2) Andreas Petritz

(3) Tsuyoshi Sekitani

(4) OSAKA University

(5) JOANNEUM RESEARCH

Descrizione foto:

Foto sinistra: Sistema piezoelettrico a foglio. Un biomonitoraggio accurato è possibile senza essere notati; il sistema ultrasottile e morbido del foglio realizza il fissaggio del dispositivo alla pelle.

Foto destra: Sistema piezoelettrico a foglio con funzioni di autoproduzione e immagazzinamento (Immagine di un sistema integrato)

Credit: Osaka University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Patching Up Your Health: Ultrathin Self-Powered E-health Patches