I dispositivi di pelle elettronica trasformano il monitoraggio continuo dei parametri vitali

Come le popolazioni invecchiano e il peso delle malattie croniche aumenta a livello globale, la necessità di un monitoraggio della salute continuo e non invasivo non è mai stata così grande. I dispositivi clinici tradizionali per la misurazione della frequenza cardiaca, della pressione sanguigna e dell'ossigeno nel sangue sono ingombranti, costosi e richiedono operatori specializzati, il che li rende poco pratici per l'uso quotidiano domestico o per la diffusione nelle regioni con risorse limitate. Questa review dell'Università di Nanchino offre una panoramica completa e sistematica dei dispositivi elettronici ispirati alla pelle (e-skin) progettati per colmare questa lacuna, coprendo materiali, comunicazione wireless, elaborazione dei dati e applicazioni mediche.

La review organizza il panorama dei materiali in tre categorie principali. I nanomateriali—tra cui i quantum dot e le nanoparticelle d'oro di dimensione zero, i nanofili d'argento e i nanotubi di carbonio (CNTs) monodimensionali, e il grafene bidimensionale e MoS₂—offrono conducibilità elettrica modulabile, flessibilità meccanica e biocompatibilità. I nanofili d'argento, preparati tramite metodi poliolici in fase liquida o auto-assemblaggio, sono stati utilizzati per realizzare sensori di pressione con microfessure, con sensibilità fino a 1167 kPa⁻¹, in grado di rilevare simultaneamente sottili variazioni del polso dell'arteria carotide e della frequenza respiratoria. I CNTs dispersi su griglie fibrose ultrasottili consentono un'adesione conforme alla pelle per il monitoraggio elettrofisiologico e della temperatura non invasivo. Il grafene, ora producibile in film di grande superficie tramite deposizione chimica da vapore, è stato integrato in micro-supercondensatori con densità di energia fino a 34,1 mWh/cm³ per alimentare sensori di pressione wireless.

Gli idrogel conduttivi rappresentano una seconda importante classe di materiali, apprezzati per le loro proprietà meccaniche che mimano i tessuti biologici, l'elevato contenuto d'acqua e la conducibilità ionica che ricorda da vicino quella del tessuto biologico. I metalli liquidi—in particolare le leghe a base di gallio—completano la triade, offrendo eccezionale estensibilità e conducibilità elettrica pur rimanendo fluidi a temperatura ambiente, consentendo interconnessioni ed elettrodi conformi che mantengono la loro funzione anche sotto deformazioni estreme.

La trasmissione wireless dei dati è identificata come un collo di bottiglia critico. La review esamina i protocolli RFID, near-field communication (NFC) e Bluetooth Low Energy (BLE) come ponti tra i sensori e-skin e smartphone o tablet. L'NFC consente il funzionamento senza batteria tramite energy harvesting, mentre il BLE supporta velocità di trasferimento dati più elevate per flussi di segnali multimodali. Gli autori sottolineano che risolvere la tensione tra la flessibilità del dispositivo e le prestazioni wireless affidabili è essenziale per una diffusione pratica.

Sul fronte dell'elaborazione dei dati, la review mette in evidenza il ruolo crescente degli algoritmi di machine learning e intelligenza artificiale nell'estrazione di informazioni clinicamente significative dai flussi grezzi dei sensori indossabili, consentendo il rilevamento di aritmie, tendenze della pressione sanguigna e anomalie respiratorie da segnali che altrimenti richiederebbero l'interpretazione di uno specialista. I domini di applicazione medica trattati includono il monitoraggio cardiovascolare (ECG, onda del polso, pressione sanguigna), il monitoraggio respiratorio, la sorveglianza della temperatura corporea e il rilevamento dell'ossigeno nel sangue (SpO₂) tramite fotopletismografia flessibile. Gli autori concludono che, sebbene le dimostrazioni di principio siano impressionanti, rimangono sfide fondamentali: la biocompatibilità cutanea a lungo termine, l'adesione stabile attraverso sudore e movimento, l'autonomia energetica e i percorsi regolatori per l'adozione clinica.