I dispositivi indossabili e impiantabili sfruttano l’uomo come fonte di energia

3 agosto 2023 By MDO Contributors Network Lascia un commento

La batteria a base di glucosio del MIT utilizza lo zucchero del corpo per generare elettricità, che potrebbe alimentare impianti e sensori. [Immagine per gentile concessione del MIT]

I dispositivi medici e gli impianti indossabili stanno diventando sempre più importanti in un'ampia gamma di applicazioni come i dispositivi di monitoraggio sanitario e gli impianti biomedici, che forniscono misurazioni continue di biomarcatori e diagnostica medica. Sulla base della crescita della popolazione anziana e delle informazioni raccolte dalla pandemia, il passaggio allo sviluppo di dispositivi indossabili e biosensori ha aumentato la necessità di monitoraggio sanitario in tempo reale, medicina personalizzata e tecnologia point-of-care (POCT).

Negli ultimi dieci anni sono stati compiuti progressi nello sviluppo di dispositivi medici indossabili e impianti di nuova generazione utilizzando le tecnologie più recenti che ne rendono il loro utilizzo economico e facilmente disponibile. Ciò che normalmente richiedeva ore per i test diagnostici in una struttura medica, ora può essere eseguito in remoto utilizzando biosensori. Man mano che sempre più servizi sanitari si spostano verso la medicina personalizzata, questi sensori diventeranno comuni quanto i Fitbit e gli smartwatch. Secondo un rapporto di Facts & Factors, il mercato della tecnologia indossabile supererà i 380 miliardi di dollari entro il 2028 con un tasso di crescita annuo composto del 18,5%.

Allora, cos’è la tecnologia medica indossabile? La maggior parte di noi ha visto o utilizzato dispositivi che monitorano e raccolgono una serie di parametri vitali e regimi di esercizio fisico e possono persino inviare tali dati agli operatori sanitari in tempo reale. Questi possono essere fitness tracker e smartwatch, ma altri, come monitor ECG indossabili e sensori di pressione sanguigna, non sono così comuni. Il dispositivo Move ECG di Withing, ad esempio, può misurare un elettrocardiogramma e persino rilevare la fibrillazione atriale, quindi inviare i dati al medico dell'utente.

Nel 2019, Omron Health ha lanciato HeartGuide, un misuratore oscillometrico indossabile della pressione sanguigna. L'orologio può raccogliere e memorizzare fino a 100 letture, che possono essere trasferite all'app mobile HeartAdvisor per la revisione, il confronto e l'ottimizzazione del trattamento. Anche i biosensori stanno diventando sempre più facilmente disponibili e possono essere indossati sulla pelle o addirittura come impianti o utilizzati sotto forma di pillola intelligente. Il biosensore indossabile di Philips, ad esempio, è un cerotto autoadesivo indossato sulla pelle e fornisce diversi dati biometrici, tra cui movimento, frequenza cardiaca, frequenza respiratoria e pressione sanguigna.

Le origini dei biosensori risalgono al 1962, quando Leland Clark progettò un sensore di glucosio basato su un elettrodo di ossigeno, utilizzato durante gli interventi chirurgici cardiovascolari. Da allora, sono stati compiuti molti progressi nel campo dei biosensori man mano che si sono rese disponibili nuove tecnologie. I biosensori sono dispositivi bioanalitici che forniscono informazioni analitiche quantitative e semiquantitative specifiche convertendo reazioni o stimoli biologici in segnali misurabili.

Tali sensori sono costituiti da tre componenti chiave: un componente di rilevamento biologico, un rilevatore o trasduttore collegato e un sistema di elaborazione del segnale. Quel biocomponente può essere un enzima, un anticorpo, una cellula o molti altri, mentre il trasduttore si basa sul metodo di trasduzione, come elettrochimico, ottico, acustico o calorimetrico. In un contesto biomedico, i biosensori necessitano di requisiti specifici prima di poter essere utilizzati internamente, il primo dei quali è la biocompatibilità. I sensori nelle applicazioni di integrazione della pelle, ad esempio, devono essere estensibili, flessibili e ultrasottili per adattarsi alla flessibilità e al movimento naturali dell'utente.

A tal fine, ci sono fattori che presentano problemi nello sviluppo di dispositivi medici indossabili e biosensori, soprattutto quelli impiantabili. In cima all'elenco c'è la fonte di alimentazione, poiché anche quelle utilizzate internamente richiedono batterie, che tendono ad essere grandi e ingombranti per i sensori progettati per un uso a lungo termine. La buona notizia è che scienziati e ricercatori hanno iniziato a sviluppare sistemi energetici che fanno uso di tecnologie di raccolta dell’energia, che potrebbero alimentare tali biosensori quasi indefinitamente.