I sensori in grafene grazie al rilievo dell'impedenza elettrica nei tessuti sono in grado di monitorare costantemente la pressione sanguigna (Credit: Università del Texas - Austin)
Il metodo per misurare la pressione sanguigna era fino a tempi recenti rimasto sostanzialmente invariato per quasi centocinquant’anni, da quando fu inventato lo sfigmomanometro: si trattava sempre dello stesso dispositivo anche se nel frattempo aveva beneficiato di upgrade capaci di renderne accessibile e semplice l’uso anche in casa propria. Tuttavia anche rilevare più volte al giorno la pressione in questo modo presenta dei limiti nella visione a 360° delle condizioni di salute del paziente.
“La pressione sanguigna è un segno vitale davvero importante”, afferma Roozbeh Jafari, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Texas A&M University. “Lo stress, che può avere conseguenze nefaste, porta a cambiamenti nella pressione sanguigna, ma non abbiamo modo di misurarlo o comprenderlo. Quindi l’esistenza una tecnologia per misurare continuamente la pressione sanguigna sarebbe un punto di svolta”.
Oggi i dispositivi indossabili già permettono livelli di monitoraggio impensabili qualche anno fa
Il monitoraggio regolare della pressione del sangue è di fondamentale importanza per le persone affette da problemi di natura cardiovascolare e negli ultimi anni sono stati sviluppati dispositivi in grado di operare costantemente in modo discreto: privi di manicotto, si affidano alle variazioni nei segnali ultrasonici che viaggiano attraverso i tessuti o a sensori di pressione in grado di rilevare l’espansione dei vasi sanguigni nel polso.
Tuttavia si tratta di dispositivi che, sebbene di dimensioni ridotte rispetto a un classico sfigmomanometro, possono risultare ancora troppo ingombranti per essere comodamente indossati durante le normali attività quotidiane e potrebbero inoltre spostarsi dalla propria sede distorcendo e falsando il segnale rilevato.
Esistono anche sensori basati sulla luce che nella loro versione più semplice equipaggiano gli smartwatch e i dispositivi indossabili per il fitness: riescono a misurare con precisione la frequenza cardiaca dai capillari della pelle, tuttavia la luce non penetra abbastanza in profondità per rilevare l’andamento della pressione sanguigna.
Nuovi tatuaggi elettronici realizzati in grafene possono leggere in modo costante la pressione sanguigna per giorni. Si tratta di sensori ultrasottili che potrebbero consentire il monitoraggio della pressione sanguigna di un paziente durante le attività quotidiane. La base è costituita dai sensori elettronici per tatuaggi in grafene inventati nel 2017 dal professore di ingegneria elettrica e informatica Deji Akinwande presso l’Università del Texas ad Austin.
I tatuaggi sono ottenuti posando un paio di strati di grafene su un foglio di rame e ricoprendoli con un strato di acrilico dello spessore dell’ordine dei 200 nanometri. Il dispositivo viene poi trasferito sulla carta comunemente utilizzata per realizzare i tatuaggi temporanei. Visto lo spessore ultraridotto del grafene, i sensori si adattano molto bene alla pelle, sono estremamente comodi da indossare e inoltre restano stabilmente al proprio posto.
I sensori di grafene determinano i valori della pressione sanguigna attraverso l’impedenza elettrica al flusso di corrente attraverso i tessuti (bioimpedenza). I ricercatori hanno collegato due file di sei tatuaggi di grafene ciascuna al polso dei volontari, collocandole in corrispondenza delle due principali arterie del polso: i due componenti più esterni di ogni fila inviano una piccola corrente elettrica nel braccio mentre i quattro componenti interni misurano le variazioni nella tensione, calcolando l’impedenza.
Il grafene è molto resistente, biodegradabile e riciclabile al 100%
L’impedenza misura i cambiamenti nel volume del sangue nelle arterie, poi grazie a un algoritmo messo a punto dal team di ricercatori una stima accurata della pressione viene eseguita prendendo in considerazione ulteriori diversi fattori quali il tempo necessario al transito dell’impulso di pressione fra i due siti, la differenza di tempo tra l’arrivo degli impulsi alle due arterie e le proprietà elastiche delle arterie stesse.
Per dimostrare l’efficacia del nuovo dispositivo, i ricercatori hanno posizionato i sensori di grafene su sette individui misurandone la pressione sanguigna mentre eseguivano attività fisica. Per determinare l’accuratezza delle misurazioni, le hanno poi confrontate con letture periodiche effettuate utilizzando un manicotto standard.
Ad alcuni partecipanti è stato chiesto di fare una lunga passeggiata all’aperto a 38°C e ad altri di eseguire flessioni. I tatuaggi non hanno mostrato segni di degrado dovuti all’esposizione alla luce e al calore del sole o al contatto con acqua o sudore. I ricercatori hanno potuto monitorare la pressione sanguigna in maniera continuativa per cinque ore, ma secondo Jafari sarebbe facilmente possibile un monitoraggio più lungo, dato che i tatuaggi hanno una durata di sette giorni.
Il sensore è al momento cablato, con i dati relativi alla tensione portati dai tatuaggi all’elettronica di lettura tramite fili metallici. Akinwande anticipa tuttavia.il programma di sviluppo di un sensore wireless fra i prossimi passi, con la progettazione di un microchip in grado di inviare dati in questa modalità.
Fonte: Continuous cuffless monitoring of arterial blood pressure via graphene bioimpedance tattoos, Nature Nanotechnology (2022)
