I sensori indossabili si stanno evolvendo sempre più, da orologi ed elettrodi a dispositivi pieghevoli che forniscono misurazioni biometriche molto più precise con più comfort per gli utenti. Ora, un team internazionale di ricercatori ha fatto un ulteriore passo avanti nell’evoluzione, stampando sensori direttamente sulla pelle umana senza l’uso di calore.
Guidato da Huanyu “Larry” Cheng, Dorothy Quiggle Professore di sviluppo professionale presso il Dipartimento di ingegneria e meccanica della Penn State, il team ha pubblicato i risultati in ACS Applied Materials & Interfaces.
Il team ha ideato una tecnica semplice ma universalmente applicabile rispetto alla classica sinterizzazione che solitamente richiede temperature di circa 300 gradi Celsius per legare insieme le nanoparticelle d’argento del sensore.
“La superficie della pelle non può sopportare una temperatura così alta, ovviamente”, ha detto Cheng. “Per aggirare questa limitazione, abbiamo proposto uno strato ausiliario per la sinterizzazione, qualcosa che non danneggerebbe la pelle e potrebbe aiutare il materiale a sinterizzare insieme a una temperatura più bassa”.
Aggiungendo una nanoparticella alla miscela, le particelle d’argento sinterizzano a una temperatura inferiore di circa 100 C.
“Questo può essere utilizzato per stampare sensori su vestiti e carta, il che è utile, ma è ancora più alto di quanto possiamo sopportare alla temperatura della pelle”, ha detto Cheng, che ha notato che circa 40 C potrebbero ancora bruciare il tessuto cutaneo. “Abbiamo cambiato la formula dello strato ausiliario, cambiato il materiale di stampa e abbiamo scoperto che potevamo sinterizzare a temperatura ambiente”.
Lo strato ausiliario per la sinterizzazione a temperatura ambiente è costituito da pasta di alcol polivinilico – l’ingrediente principale nelle maschere pelabili – e carbonato di calcio – dei gusci d’uovo. Lo strato riduce la rugosità della superficie di stampa e consente uno strato ultrasottile di motivi metallici che possono piegarsi e ripiegarsi mantenendo le capacità elettromeccaniche. Quando il sensore viene stampato, i ricercatori utilizzano un soffiatore d’aria, come un asciugacapelli impostato sul freddo, per rimuovere l’acqua che viene utilizzata come solvente nell’inchiostro.
“Il risultato è stupefacente”, ha detto Cheng. “Non abbiamo bisogno di fare affidamento sul calore per sinterizzare”.
Secondo Cheng, i sensori sono in grado di acquisire in modo preciso e continuo temperatura, umidità, livelli di ossigeno nel sangue e segnali delle prestazioni cardiache.
Il processo è anche rispettoso dell’ambiente, ha detto Cheng. Il sensore rimane robusto in acqua tiepida per alcuni giorni, ma una doccia calda lo rimuoverà facilmente.
“Potrebbe essere riciclato, poiché la rimozione non danneggia il dispositivo”, ha detto Cheng. “E, soprattutto, la rimozione non danneggia nemmeno la pelle. Questo è particolarmente importante per le persone con pelle sensibile, come anziani e bambini. Il dispositivo può essere utile senza essere un peso aggiuntivo per la persona che lo utilizza o per l’ambiente. “
Successivamente, i ricercatori hanno in programma di modificare la tecnologia per indirizzare applicazioni specifiche secondo necessità, come una precisa rete di sensori sul corpo posizionata per monitorare i particolari sintomi associati a COVID-19.
