Il bio-microsensore per mela e pesce

I microsensori sono già ampiamente utilizzati oggi, ad esempio per rilevare i gas tossici. Sono anche integrati in piccoli sistemi trasmettitore-ricevitore, come i diffusissimi chip RFID. Tuttavia, poiché tali sensori contengono spesso metalli preziosi dannosi per l'ambiente e la salute, non sono adatti per applicazioni mediche con contatto fisico diretto o per essere attaccati agli alimenti. Di conseguenza, vi è un grande interesse da parte della ricerca e dell'industria per i microsensori realizzati con materiali non tossici e biodegradabili.

Filo di magnesio in polimero compostabile

Un team di ricercatori guidato da Giovanni Salvatore, ricercatore post-dottorando presso la Cattedra di Elettronica, ha ora sviluppato un bio-microsensore per la misurazione della temperatura insieme a scienziati di altri istituti dell'ETH. Il loro lavoro è riportato nella rivista scientifica "Advanced Functional Materials". Per il bio-microsensore, hanno saldato un filo elettrico superfine e strettamente avvolto fatto di magnesio, biossido di silicio e nitrito in un polimero compostabile. Il magnesio è un componente importante della nostra dieta; il biossido di silicio e il nitrito sono biocompatibili e solubili in acqua. Il polimero utilizzato è prodotto a partire dall'amido di mais e di patata ed è conforme alle linee guida dell'UE e degli Stati Uniti per l'uso nel settore alimentare.

Giovanni Salvatore è convinto che questi bio-microsensori abbiano un grande futuro davanti a sé. Egli fornisce un esempio di applicazione: "I pesci provenienti dal Giappone potrebbero essere dotati di minuscoli sensori di temperatura per il trasporto in Europa. Ciò richiede sensori che siano attaccati agli alimenti e non mettano a rischio la salute dei consumatori. I sensori devono inoltre essere sufficientemente piccoli, robusti e flessibili da poter essere utilizzati in contenitori pieni di pesce o altri alimenti.

Più sottile di un capello

Il sensore sviluppato dai ricercatori ha uno spessore di soli 16 micrometri, cioè molto più sottile di un capello (100 micrometri), e in una versione di pochi millimetri pesa solo frazioni di milligrammo. Nella sua forma attuale, il sensore si dissolve completamente in una soluzione salina all'1% in 67 giorni. Attualmente rimane funzionante per un giorno, poiché l'acqua ha bisogno di tempo per diffondersi attraverso il polimero e dissolvere il filo del sensore. Questo tempo sarebbe sufficiente per monitorare una spedizione di pesce dal Giappone all'Europa, per esempio.

"Tuttavia, possiamo regolare la durata di vita in modo relativamente semplice grazie allo spessore del polimero", afferma Salvatore. Tuttavia, un sensore più spesso sarebbe meno flessibile. L'attuale sensore sottile continua a funzionare anche se viene completamente accartocciato o piegato. Inoltre, può sopportare forze di trazione fino al 10% della sua dimensione originale.

Per alimentare il sensore, i ricercatori lo hanno collegato a una microbatteria esterna utilizzando cavi di zinco ultrasottili e biodegradabili. Lo stesso chip (non biodegradabile) contiene un microprocessore e un trasmettitore che invia i dati sulla temperatura a un computer esterno tramite Bluetooth. In questo modo è possibile monitorare continuamente la temperatura di un prodotto in un raggio di dieci o venti metri.

I biosensori fuori dal rullo

Attualmente, la produzione del bio-microsensore è ancora molto complessa e costosa. Tuttavia, Salvatore è convinto che un giorno i sensori potrebbero essere prodotti per il mercato di massa. Soprattutto perché i processi di stampa per l'elettronica sono in costante miglioramento. "Quando i biosensori saranno abbastanza economici, si potranno attaccare praticamente ovunque", dice Salvatore. Il cibo potrebbe così entrare a far parte dell'"Internet delle cose", in cui il mondo fisico è collegato in rete con il mondo digitale. Non si tratta solo di misurare la temperatura: Microsensori simili potrebbero misurare la pressione, lo sviluppo di gas o le radiazioni UV.

Salvatore prevede che vedremo i primi sensori biodegradabili di questo tipo nella vita quotidiana tra cinque o dieci anni, a seconda dell'interesse dell'industria. Per allora, la batteria, il processore e il trasmettitore saranno probabilmente integrati nel microsensore, afferma Salvatore. Sono ancora necessarie molte ricerche per garantire che questi componenti siano innocui per l'ambiente e la salute. Il team sta quindi studiando una fonte di energia biocompatibile per il suo sensore.