La realizzazione di circuiti organici trasferibili su cibo e pillole apre le porte al biomonitoraggio.
di ArXiv
I tatuaggi trasferibili, o decalcomanie, sono sottili pellicole in etilcellulosa, attaccati ad un foglio di carta grazie ad uno strato di amido o destrina solubile in acqua. Con l’applicazione dell’acqua, la pellicola di etilcellulosa può essere trasferita alla pelle umana o ad altri oggetti. La proprietà accattivante dell’etilcellulosa è la sua capacità di supportare un’immagine stampata a getto d’inchiostro.
Una squadra guidata da Giorgio Bonacchini dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Genova, ha preso spunto dall’idea per stampare componenti elettronici organici su carta trasferibile e quindi testare le proprietà dei circuiti risultanti. Sono riusciti addirittura a trasferire i loro circuiti su oggetti commestibili come pillole farmaceutiche e frutta.
L’idea di realizzare dispositivi elettronici capaci di operare dall’interno del sistema digerente non è nuova. Da anni esistono pillole contenenti batterie e addirittura microtelecamere, ma tutti questi dispositivi sono sempre stati realizzati in silicio, costoso e inflessibile. Gli ultimi ritrovati della scienza dei materiali vedono polimeri capaci di conduttività che possono essere stampati all’interno di potenti dispositivi elettronici.
Bonacchini e colleghi utilizzano proprio questo metodo di stampa a getto d’inchiostro per creare circuiti elettronici su carta trasferibile. L’utilizzo dell’etilcellulosa risolve il primo problema della biocompatibilità di questi dispositivi. Come fanno notare Bonacchini e colleghi, questo materiale viene da tempo utilizzato come supporto per prodotti come le pillole farmaceutiche.
I circuiti sono composti di transistor che la squadra ha scelto di realizzare in argento, da tempo ritenuto bioinerte e persino raccomandato in dosi quotidiane di massimo 350 microgrammi per 70 kg di peso. Un singolo transistor non impiega più di 4 microgrammi d’argento.
L’argento sarà però stampato in nano particelle solo successivamente sedimentate per creare uno strato ininterrotto. Bonacchini e colleghi suppongono che risulti comunque biocompatibile facendo riferimento a ricerche passate, ma dovranno presumibilmente verificare il dato in futuro.
I dispositivi prevedono anche quattro differenti polimeri semiconduttori. Di questi quattro, il P3HT ed il polistirene sono conosciuti e biocompatibili, mentre 29-DPP-TVT e P(NDI2OD-T2), sviluppati molto più recentemente, non sono ancora stati testati ed il fatto che non ne vengano utilizzati più che pochi picogrammi non esime Bonacchini e la sua squadra dal compito di valutare seriamente l’impatto di questi materiali sul corpo umano. I primi risultati sono stati positivi.
Ai ricercatori non sono mancati gli ostacoli. Il procedimento di stampa, ad esempio, espone i circuiti ad aria, luce ed acqua, che sembrano avere effetti indesiderati sul P3HT: la squadra ha trovato modo di mitigare questi effetti mescolando i polimeri attivi con semiconduttori più stabili, ma rimane il fatto che la stabilità del dispositivo finito dipende in ultimo dal livello di stabilità del materiale attivo durante il processo di trasferimento.
I ricercatori sono convinti che questa ricerca possa condurre alla realizzazione di circuiti complementari affidabili, forse addirittura digeribili, a prevenzione di un rischio di accumulo dei componenti nel sistema sul lungo termine. I prodotti finali potrebbero essere utilizzati per monitorare il livello di maturazione della frutta e di altri cibi a scadenza tanto quanto per somministrare farmaci o condurre analisi del tratto digestivo. Mancano ancora le batterie commestibili necessarie per alimentare questi dispositivi e saranno necessari test clinici per verificarne l’effettiva biocompatibilità, ma il progetto ispira ottimismo.
Per approfondire: Tattoo-Paper Transfer as a Versatile Platform for All-Printed Organic Edible Electronics
(lo)
