Bioelettronica

Il transistor della Salute è tutto italiano

È il più sottile al mondo e potrà essere stampato anche su un dito: una seconda pelle elettronica. Sarà ingeribile e perfino digeribile. Il nostro Paese all’avanguardia nella ricerca e nella sperimentazione

08 Giu 2022

Impalpabile, iperflessibile, addirittura digeribile. Non si tratta di un velo di gelatina, né di zucchero filato: queste peculiarità descrivono un componente elettronico miniaturizzato a livelli quasi incomprensibili dalla mente umana.

Una ricerca tutta italiana

Il transistor “da record” è frutto della competenza e della creatività hi-tech di Mario Caironi – Ingegnere e ricercatore dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Milano – e del suo team.
Lo studio e i risultati sono stati pubblicati di recente sulla rivista Nature Communications.

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Grazie al suo infinitesimale spessore, meno di 150 nm (1 nm è pari a un miliardesimo di metro), le potenzialità del microscopico oggetto sono, al contrario, enormi.
Un paradosso tra i più felici della ricerca italiana degli ultimi anni.
Il transitor più sottile al mondo, infatti, è destinato a cambiare l’evoluzione di diverse discipline e mercati: dall’agraria alla medicina, dalla farmacologia all’elettronica, dall’industria dei materiali al tessile.

Mario Caironi – Alumnus in Ingegneria Elettronica al Politecnico di Milano – non è un cervello in fuga, anzi ha radici ben piantate nella sua terra d’origine. Infatti, lo zoccolo duro della ricerca dell’ingegnere si trova proprio in Italia, tra Milano e Pisa.
Più che un singolo transistor, con il progetto “Printed and Mulecular Electronics”, il ricercatore e scienziato ha inventato una tecnica di stampa altamente innovativa, capace di imprimere circuiti elettronici a basso costo su nanomembrane a base di carbonio.
Gli esili fogli di materiale organico necessari a Caironi sono stati sviluppati dal chimico ricercatore Virgilio Mattoli nei laboratori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Pontedera (PI).

Com’è fatto il transistor dei record 

Potremmo immaginare il piccolo transistor come un corpuscolo ancorato a un sottilissimo supporto membranoso, tuttavia quest’idea è una scorciatoia cognitiva. Difatti, il dispositivo elettronico e la membrana sono un’unica entità funzionale che presenta, al contempo, le proprietà meccaniche intrinseche del materiale adottato e l’architettura del transistor.

Nella nostra mente, non esiste alcuna immagine che ci permetta un paragone calzante. L’infinitamente piccolo, così come l’infinitamente grande, è un concetto quasi astratto: non si era mai visto un componente elettronico tanto miniaturizzato e dalle caratteristiche strutturali così innovative.

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Un team di ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia del centro di Milano (CNST) e del centro di Pontedera (CMI) guidati da Mario Caironi e Virgilio Mattoli ha realizzato un transistor con semiconduttori organici con spessore inferiore a 150 nanometri: è il più sottile finora mai realizzato (fonte: Istituto Italiano di Tecnologia)

Metaforicamente, e solo per intendersi, si è descritta la dimensione del transistor come lo spessore di una lamina 100 volte più sottile di una pellicola trasparente da cucina. E, per dare l’idea delle sue caratteristiche, si è parlato di “seconda pelle umana” o, addirittura, di un “inchiostro” attraverso il quale “tatuare” il componente elettronico sull’epidermide.
Comunque sia definibile la sua reale natura e il suo stato fisico (solido o liquido), di certo il transistor ultra-sottile tutto italiano sta già ispirando un notevole numero di sperimentazioni, soprattutto in campo medico e farmacologico.

Una nuova era dei dispositivi wearable

L’elettronica applicata alla salute non è certo una novità. Grazie alla tecnologia IoT e ai dispositivi indossabili, prodotti per usi sportivi, salutistici e anche clinici, è possibile monitorare diversi parametri fisici e/o vitali a distanza. È grazie a queste soluzioni – ad esempio – che si può pensare a uno sviluppo rapido della Telemedicina.
Ora, la realizzazione di wearable comodi e del tutto invisibili è una frontiera che il transistor più sottile al mondo promette di raggiungere in breve tempo.
Un primo passo in tal senso era stato fatto da Annalisa Bonfiglio (Università di Cagliari) e collaboratori, che, nel 2011, avevano prodotto il primo esempio di dispositivi organici ultrasottili. I nanofogli di Parylene C utilizzati avevano spessori significativamente superiori alla nanomembrana attuale, nell’ordine dei micrometri (un micrometro o micron corrisponde a un milionesimo di metro).
Come riporta lo studio, la soluzione aveva aperto la strada allo sviluppo di un amplificatore monostadio, un sensore multimodale e circuiti logici stampati.

Attraverso i recenti dispositivi elettronici miniaturizzati su scala nanometrica, si potranno ora rilevare in maniera sempre più efficace segnali elettro-biologici sulla pelle o realizzare innovativi dispositivi elettronici per il rilevamento di dati utili all’assistenza sanitaria o alle applicazioni biomediche.
In particolare, ogniqualvolta sarà necessaria conformabilità, ultraflessibilità e trasparenza, i “tattoo-electronics device” dei team di Caironi e Mattoli potranno trovare applicazione.

Non solo ingeribile, ma anche digeribile

La natura organica dei transistor ultra-sottili permette di pensare anche a monitoraggi del corpo umano dall’interno. L’elettronica commestibile a uso medico, infatti, consiste nella creazione di pillole intelligenti che potranno essere metabolizzate all’interno del corpo.

A proposito del futuro di questo tipo di tecnologie, Caironi si era già espresso qualche anno fa: “Ci saranno batterie edibili, antenne da mangiare, e arriveremo a sistemi elettronici complessi del tutto commestibili, da applicare ai farmaci così come ai singoli alimenti” – aveva affermato a suo tempo lo scienziato italiano.

A differenza delle attuali videocapsule, che consentono un efficace controllo gastrointestinale, ma implicano il recupero del dispositivo, i futuri device elettronici nanometrici potranno essere essere assunti per via orale e facilitare la diagnosi e la cura delle malattie. La loro particolare struttura organica, infatti, è studiata al fine di una completa decomposizione all’interno dell’organismo, senza recare danni alla salute.

Prospettive e futuro della ricerca

Il transistor più sottile al mondo – oltreché per le applicazioni fin qui descritte e analizzate – è una scoperta promettente anche per la somministrazione controllata di farmaci in contesti biomedici/farmaceutici mirati alla teranostica (terapia e diagnostica).
Per stessa ammissione del team di ricerca che lo ha ideato e realizzato, però, il nuovo dispositivo richiede ancora perfezionamenti, ma a breve, c’è da scommetterlo, “l’infinitamente piccolo” entrerà nella quotidianità di tutti i cittadini e pazienti impattando sempre più sul futuro della nostra Salute.

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