Nuovo passo avanti nella medicina da parte dei ricercatori dell’Istituto Nanoscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa (CNR-Nano), che hanno recentemente sviluppato dei dispositivi piezoelettrici non solo flessibili ma anche biodegradabili. Realizzati con nanocristalli di cellulosa, questi dispositivi ad alte prestazioni aprono nuove possibilità per il monitoraggio cardiaco, la raccolta di energia e gli impianti medici.
Dispositivi piezoelettrici flessibili e biodegradabili per la medicina e l’energia
In collaborazione con l’Università di Pisa, l’Università del Wisconsin-Madison (USA) e la Scuola Normale Superiore, il team guidato da Luana Persano (ricercatrice del CNR-Nano e coordinatrice dello studio apparso su Science Advances) ha raggiunto un significativo traguardo nel campo biomedico con questi nuovi dispositivi piezoelettrici biodegradabili e ad alte prestazioni.
Ma cosa sono i dispositivi piezoelettrici? Dal greco πιέζειν (premere, comprimere), sono in pratica degli strumenti in grado di “trasformare la pressione o le vibrazioni in energia elettrica e viceversa“, riporta Adnkronos.
Rispetto ad altri dispositivi simili, quelli sviluppati dai ricercatori del CNR-Nano sono stati realizzati con nanocristalli di cellulosa assemblati con molibdeno. Si tratta di materiali che potrebbero offrire un’alternativa sostenibile per l’elettronica transitoria e gli impianti biomedici. Tuttavia, per sfruttarne appieno il loro potenziale, sono necessari metodi efficaci per assemblarli in strutture su larga scala e ad alte prestazioni. Il team di ricerca ha affrontato questa sfida introducendo un sistema multistrato scalabile, in cui i nanocristalli di cellulosa sono disposti per ottenere una soddisfacente risposta piezoelettrica.
“Il nostro metodo è scalabile, impiega modelli su scala submicrometrica per migliorare le prestazioni dei materiali, copre aree dell’ordine dei centimetri quadrati e raggiunge un’eccezionale risposta piezoelettrica, con una potenza di uscita record di 0,6 μW/cm² e una sensibilità alla pressione di 4,2 V/kPa nell’intervallo soft-touch (0,76-4,55 kPa)“, dice Persano.
In pratica, il dispositivo ottenuto vanta una sensibilità alla pressione senza precedenti e genera energia sufficiente per il monitoraggio in tempo reale della frequenza cardiaca. Inoltre, converte efficacemente il movimento meccanico in energia elettrica, permettendo l’alimentazione di piccoli dispositivi elettronici, come sensori indossabili o impiantabili, senza la necessità di batterie.
“La biocompatibilità di questi dispositivi è stata convalidata attraverso test su cellule epiteliali polmonari e muscolari cardiache, nonché esperimenti in vivo, confermando il loro potenziale per applicazioni mediche“, spiega Persano. “Le possibili applicazioni includono il monitoraggio degli organi, il rilascio controllato di farmaci e la medicina rigenerativa, aprendo la strada a dispositivi medici autoalimentati, altamente sensibili ed ecologici“.
Il lavoro, svolto principalmente a Pisa presso il laboratorio Nest della Scuola Normale (che collabora anche con i laboratori del CNR-Nano), rientra nel programma europeo Marie Curie BIOIMD. La ricerca ha beneficiato della collaborazione dei gruppi di Alessandra Operamolla, responsabile della sintesi dei nanocristalli, e di Dario Pisignano, dell’Università di Pisa.
