Gli scienziati creano un tatuaggio

Apr 23, 2023

"Il sensore di ossigeno è una prova di concetto per una gamma di sensori che potremmo creare", ha affermato David Kaplan. Illustrazione: Shutterstock

Il materiale a base di seta sotto la pelle cambia colore in risposta all’ossigeno e in futuro potrebbe essere adattato per monitorare il glucosio e altri componenti del sangue

Le persone si fanno tatuaggi per commemorare un evento o una persona, per fare una dichiarazione o semplicemente come abbellimento estetico. Ma immagina un tatuaggio che potrebbe essere funzionale: dirti quanto ossigeno stai utilizzando durante l’attività fisica, misurare il livello di glucosio nel sangue in qualsiasi momento della giornata o monitorare una serie di diversi componenti del sangue o l’esposizione a tossine ambientali.

Ora gli ingegneri della Tufts University hanno compiuto un passo importante verso la realizzazione di questo obiettivo con l’invenzione di un materiale a base di seta posizionato sotto la pelle che emette una luce più o meno intensa sotto una lampada quando esposto a diversi livelli di ossigeno nel sangue. Hanno riportato i loro risultati sulla rivista Advanced Functional Materials.

Il nuovo sensore, che attualmente si limita a leggere i livelli di ossigeno, è costituito da un gel formato dai componenti proteici della seta, chiamato fibroina. Le proteine ​​della fibroina della seta hanno proprietà uniche che le rendono particolarmente compatibili come materiale impiantabile.

Quando vengono riassemblati in un gel o in una pellicola, possono essere modificati per creare una struttura che dura sotto la pelle da poche settimane a più di un anno. Quando la seta si rompe, è compatibile con il corpo ed è improbabile che invochi una risposta immunitaria.

Il piccolo disco di un sensore di ossigeno a pellicola di seta si illumina di viola quando esposto alla luce UV e all'ossigeno. Un rilevatore può determinare il livello di ossigeno in base alla luminosità e alla durata del bagliore viola. Lato destro: confronto fianco a fianco tra il materiale del sensore in seta normale e quello esposto ai raggi UV. Immagine: Thomas Falcucci/Tufts University

Sostanze nel sangue come glucosio, lattato, elettroliti e ossigeno disciolto offrono una finestra sulla salute e sulle prestazioni del corpo. Negli ambienti sanitari, vengono monitorati prelevando sangue o attaccando i pazienti a macchine ingombranti. Essere in grado di monitorare continuamente i loro livelli in modo non invasivo in qualsiasi ambiente potrebbe rappresentare un enorme vantaggio quando si monitorano determinate condizioni.

I diabetici, ad esempio, devono prelevare il sangue per leggere il glucosio, spesso su base giornaliera, per decidere cosa mangiare o quando assumere farmaci. Al contrario, la visione tracciata dal team di Tufts è quella di rendere il monitoraggio molto più semplice, letteralmente facendo luce sulle condizioni di una persona.

"La seta fornisce una straordinaria confluenza di molte grandi proprietà", ha affermato David Kaplan, professore di ingegneria della Stern Family presso la School of Engineering e ricercatore principale dello studio. "Possiamo trasformarlo in pellicole, spugne, gel e altro ancora. Non solo è biocompatibile, ma può contenere additivi senza modificarne la chimica, e questi additivi possono avere capacità di rilevamento che rilevano le molecole nel loro ambiente. Il sensore di ossigeno è una prova di concetto per una gamma di sensori che potremmo creare."

La chimica delle proteine ​​della seta rende più facile per loro raccogliere e trattenere gli additivi senza modificarne le proprietà. Per creare il sensore di ossigeno, i ricercatori hanno utilizzato un additivo chiamato PdBMAP, che si illumina se esposto alla luce di una certa lunghezza d’onda. Quel bagliore ha un'intensità e una durata proporzionali al livello di ossigeno nell'ambiente.

Il gel di seta è permeabile ai fluidi che lo circondano, quindi il PdBMAP “vede” gli stessi livelli di ossigeno nel sangue circostante. Il PdBMAP è utile anche perché si illumina, o fosforescente, se esposto alla luce che può penetrare nella pelle. Altri sensori candidati potrebbero rispondere solo a lunghezze d’onda della luce che non possono penetrare nella pelle.

I ricercatori si affidano maggiormente alla componente “durata” della fosforescenza per quantificare i livelli di ossigeno, poiché l’intensità del bagliore può variare con la profondità e le dimensioni dell’impianto, il colore della pelle e altri fattori. La durata del bagliore diminuisce all'aumentare dei livelli di ossigeno.