Elettronica estensibile: polimero conduttivo ottimizzato per biosensori indossabili
Un cerotto deformabile che misura la frequenza cardiaca o rileva biomarcatori nel sudore e che risulta morbido e flessibile come la propria pelle
Quando si punta a fogli di sensori estensibili, per il monitoraggio della salute e simili alla pelle, sono necessari materiali con proprietà impegnative: Devono essere flessibili, biocompatibili e allo stesso tempo elettricamente conduttivi. Un gruppo di ricerca del Max Planck Institute for Polymer Research sta affrontando questo complesso compito. In un recente studio, gli scienziati presentano un approccio innovativo: Utilizzando un processo di transfer-printing, il polimero conduttivo PEDOT:PSS viene modificato tramite plastificanti che si diffondono dal substrato al film polimerico. Questo migliora significativamente sia la conduttività elettrica che l'estensibilità del materiale.
Un cerotto deformabile che misuri la frequenza cardiaca o rilevi biomarcatori nel sudore e che sia morbido e flessibile come la propria pelle: queste visioni richiedono nuovi sviluppi dei materiali. Per realizzare idee come queste, così come l'elettronica indossabile e simile alla pelle in generale, sono necessari materiali che possiedano sia un'elevata conduttività elettrica che un'estensibilità meccanica. Un team di scienziati dell'Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri, guidato dalla dottoressa Ulrike Kraft, sta attualmente lavorando a questa sfida. Tuttavia, l'estensibilità e la conducibilità elettrica sono spesso in contraddizione, il che complica lo sviluppo di materiali adatti, spiega Ulrike Kraft, responsabile del gruppo di ricerca sulla bioelettronica organica.
Nello studio attuale, i ricercatori dimostrano come questo conflitto di obiettivi possa essere superato attraverso il trasferimento mirato di plastificanti dal substrato al film polimerico di PEDOT:PSS. Il loro approccio sfrutta un processo di transfer-printing che consente di trasferire in modo rapido, affidabile e diretto film di polimeri conduttivi su substrati estensibili e biodegradabili. Come polimero conduttore è stato utilizzato il materiale particolarmente promettente PEDOT:PSS, che combina trasparenza, flessibilità e biocompatibilità. "I plastificanti contenuti nei substrati si diffondono nel polimero conduttore, migliorando così le prestazioni elettriche e le proprietà meccaniche", spiega Carla Volkert, dottoranda e prima autrice dello studio. L'approccio consente inoltre di comprendere il comportamento dei materiali elettronici estensibili. Combinando diversi metodi analitici - tra cui la caratterizzazione elettrica, l'imaging al microscopio, la microscopia a forza atomica e la spettroscopia Raman - i ricercatori sono riusciti a ottenere nuove conoscenze sui cambiamenti morfologici ed elettronici del PEDOT:PSS sotto sforzo. Particolarmente degno di nota è l'allineamento delle catene polimeriche osservato, che si traduce in un aumento della conduttività elettrica sotto stress meccanico. Il nostro metodo migliora contemporaneamente l'estensibilità e la conducibilità elettrica del PEDOT:PSS - un passo importante verso i biosensori a contatto con la pelle", spiega Ulrike Kraft, responsabile del gruppo di ricerca sulla bioelettronica organica.
Questo lavoro non solo rappresenta un importante contributo alla comprensione fondamentale dei materiali conduttori morbidi ed estensibili, ma apre anche nuove prospettive per lo sviluppo di tecnologie innovative, dagli elettrodi flessibili per gli elettrocardiogrammi (ECG) ai biosensori estensibili sulla pelle in grado di rilevare e monitorare analiti come gli ormoni dello stress nel sudore. Il prossimo obiettivo sarà l'applicazione di questo nuovo approccio per la fabbricazione e la caratterizzazione di biosensori estensibili.
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