{"id":23207,"date":"2024-05-18T06:45:35","date_gmt":"2024-05-18T04:45:35","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/05\/18\/da-cd-a-biosensori-flessibili\/"},"modified":"2024-05-18T06:45:35","modified_gmt":"2024-05-18T04:45:35","slug":"da-cd-a-biosensori-flessibili","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/05\/18\/da-cd-a-biosensori-flessibili\/","title":{"rendered":"Da CD a biosensori flessibili"},"content":{"rendered":"
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\"Braccio<\/div>\n
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Una nuova ricerca della Binghamton University offre una seconda vita ai CD trasformandoli in biosensori flessibili, economici e facili da produrre<\/strong>.<\/p>\n

di Lisa Borreani<\/em><\/p>\n

I rifiuti elettronici (e-waste) sono un grosso problema globale causato dall\u2019evoluzione continua e, di conseguenza, dalle breve durata degli oggetti.<\/p>\n

Dal 1999, negli Stati Uniti sono stati spediti pi\u00f9 di 9 miliardi<\/em> di CD musicali, senza contare le vendite mondiali, i DVD, i dischi software o i videogiochi. Purtroppo, i CD scartati finiscono nelle discariche con conseguenze ambientali negative.<\/p>\n

Una nuova ricerca del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science della Binghamton University<\/a> offre una seconda vita ai CD, trasformandoli in biosensori flessibili, economici e facili da produrre.<\/p>\n

Come sono fatti i biosensori<\/h2>\n

Lo studio, pubblicato anche su Nature Communications<\/a>, ha sviluppato una tecnica per riciclare lo strato d\u2019oro dei CD attraverso l\u2019utilizzo dell\u2019acetone. Questa sostanza \u00e8 infatti in grado di allentare il legame tra la lamina e il policarbonato, staccando quest\u2019ultimo.<\/p>\n

Il processo \u00e8 estremamente veloce: l\u2019applicazione dell\u2019acetone richiede appena 90 secondi, l\u2019intera operazione richiede poco pi\u00f9 di 20 minuti<\/strong>, senza rilasciare sostanze chimiche tossiche o richiedere apparecchiature costose; i vantaggi sono anche di natura economica, perch\u00e9 costerebbe complessivamente circa 1,50 dollari a sensore.<\/p>\n

Matthew Brown, con la collaborazione del professore Ahyeon Koh del Dipartimento di ingegneria biomedica hanno scoperto che il sottile strato metallico di un CD dorato pu\u00f2 essere separato dalla plastica rigida, modellato e trasformato in sensori per monitorare l\u2019attivit\u00e0 del cuore e dei muscoli umani, nonch\u00e9 i livelli di lattosio, glucosio, pH e ossigeno, rilevandone l\u2019attivit\u00e0 elettrica. I sensori, tramite bluetooth <\/strong>possono comunicare con uno smartphone, trasferendo cos\u00ec i dati rilevati.<\/p>\n

Secondo la loro ricerca questo approccio sostenibile per l\u2019upcycling <\/strong>dei rifiuti elettronici fornisce un flusso vantaggioso di rifiuti, basato sulla ricerca, che non richiede strutture all\u2019avanguardia di microfabbricazione, materiali costosi o competenze ingegneristiche di alto calibro.<\/p>\n

Contribuiscono alla ricerca anche la professoressa BME Gretchen Mahler, Melissa Mendoza, Louis Somma e Yeonsik Noh dell\u2019Universit\u00e0 del Massachusetts \u2013 Amherst.<\/p>\n

Il Prof. Koh ha dichiarato di aver preso in considerazione per la prima volta l\u2019idea di convertire i CD in sensori mentre faceva ricerca post-dottorato presso l\u2019Universit\u00e0 dell\u2019Illinois.<\/p>\n

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\u201cHo avuto un\u2019idea: forse potremmo raccogliere del materiale critico da smaltire dai CD per poi riciclarlo, trasformandolo e utilizzandolo per dei sistemi di rilevamento\u201d, ha detto. \u201cHo parlato con Matt della mia idea durante la fase iniziale della sua tesi di ricerca e lui ha voluto approfondirla\u201d.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Dall\u2019idea alla realizzazione<\/h3>\n

Brown ha studiato ricerche precedenti sui biosensori realizzati con CD, scoprendo che quei sensori conservavano una struttura rigida, avevano un numero di applicazioni pi\u00f9 limitato di quanto lui e Koh sperassero di ottenere. Il primo passo \u00e8 consistito nel rimuovere il rivestimento metallico dalla plastica sottostante.<\/p>\n

\u201cQuando raccogli i capelli sui vestiti con del nastro adesivo, \u00e8 essenzialmente lo stesso meccanismo\u201d<\/em>, ha detto Koh. \u201cAllentiamo lo strato di metalli dal CD e poi raccogliamo quello strato di metallo, quindi lo stacchiamo. Quello strato sottile e flessibile viene quindi elaborato\u201d<\/em>.<\/p>\n

Per creare i sensori, i ricercatori di Binghamton hanno utilizzato una taglierina Cricut, una macchina standard per artigiani che generalmente taglia le geometrie richieste da materiali come carta, vinile, cartoncino e trasferibili a caldo. I circuiti flessibili verrebbero quindi rimossi e incollati sul corpo del paziente. Con l\u2019aiuto di un\u2019app per smartphone, medici o pazienti possono ottenere le letture e tenere traccia dei progressi nel tempo, potendo registrare e confrontare i dati scaricati.<\/p>\n

In qualit\u00e0 di consulente del dottorato di ricerca di Brown, Koh \u00e8 entusiasta nel vedere realizzato un suo pensiero che risale a quasi un decennio fa e che ora si \u00e8 tradotto in una realt\u00e0.<\/p>\n

\u201cSono stato cos\u00ec fortunato ad avere Matt in laboratorio, perch\u00e9 altrimenti sarebbe rimasta un\u2019idea della mia ricerca post-dottorato\u201d<\/em>, ha detto. \u201cAlcuni dei miei colleghi post-dottorato ricordano che parlavo loro di questa idea ed ora ne sono cos\u00ec entusiasti\u201d<\/em>.<\/p>\n

\"Schema<\/a>
a)<\/strong> Schema del processo di riciclo. b)<\/strong> Vista in sezione trasversale dell\u2019UCDE. c-d)<\/strong> Immagine SEM di c lo strato di metallo CD dopo la modellazione (scala 200\u2009\u00b5m) e d sezione trasversale dell\u2019UCDE (PI-metallo-PI) (scala 20\u2009\u00b5m). e)<\/strong> FTIR dello strato metallico dopo la lavorazione in acetone, HCl e HNO3. f)<\/strong> Caratterizzazione superficiale con analisi EDS del CD dopo immersione in acetone. g)<\/strong> Propriet\u00e0 meccaniche in funzione delle prestazioni elettriche, errore medio ed errore standard delle medie di sforzo vs. tensione (blu) e resistenza vs. tensione (rosso) con immagini di UCDE a reticolo durante le prove di trazione. h-i)<\/strong> Prestazioni elettriche, errore medio ed errore standard delle propriet\u00e0 di resistenza medie in funzione di h flessione ciclica e i stiramento ciclico. j)<\/strong> Immagine rappresentativa del dispositivo UCDE. k)<\/strong> Componenti del dispositivo UCDE (scala 4\u2009mm). l)<\/strong> Immagine del dispositivo UCDE laminata sulla pelle (scala 1\u2009cm).<\/figcaption><\/figure>\n

I prossimi passi<\/h2>\n

Brown \u00e8 diretto a San Diego per lavorare per Dexcom<\/strong>, che produce monitoraggi continui della glicemia, ma ha idee su come migliorare la tecnologia da CD a sensore: \u201cAbbiamo usato CD dorati e vogliamo esplorare CD a base di argento, che credo siano pi\u00f9 comuni. Come possiamo riciclare quei tipi di CD con lo stesso tipo di processo? Vogliamo anche valutare se \u00e8 possibile utilizzare l\u2019incisione laser anzich\u00e9 utilizzare la taglierina meccanica basata su tessuto, per migliorare ulteriormente la velocit\u00e0 di riciclo\u201d<\/em>.<\/p>\n

Osservazioni del team di ricercatori<\/h3>\n

Ad oggi, i ricercatori hanno presentato metodi per riciclare i rifiuti di CD in sensori elettrochimici per protocolli scalabili ed economici; tuttavia, finora, non sono riusciti a produrre e dimostrare piattaforme di biosensori meccanicamente durevoli per applicazioni indossabili.<\/p>\n

Il nuovo studio affronta questa limitazione, ovvero la trasformazione dei CD in bioelettronica morbida per il monitoraggio non invasivo, integrati con la pelle umana. Una taglierina meccanica ha definito con cura gli UCDE per micromodelli economici di componenti elettronici completamente estensibili e flessibili.<\/p>\n

Introducendo un nuovo approccio di upcycling, le applicazioni <\/strong>sarebbero numerose, come per esempio il rilevamento del biopotenziale (EMG \u2013 elettromiografia ed ECG \u2013 elettrocardiogramma), l\u2019emissione di calore, il rilevamento della temperatura, il monitoraggio elettrochimico (pH, ossigeno, lattato e glucosio) e il rilevamento transitorio innescato dall\u2019umidit\u00e0.<\/p>\n

I sensori sviluppati hanno mostrato prestazioni simili agli elettrodi in gel disponibili in commercio.<\/p>\n

Sviluppi futuri<\/h3>\n

Nel complesso, questo studio fornisce un\u2019utile alternativa per la gestione dei rifiuti elettronici, elettronica monouso, prototipazione rapida e approcci economici per metodi di fabbricazione bioelettronica.<\/p>\n

Il processo di upcycling proposto, consente soluzioni sostenibili per CD e riciclaggio di altri rifiuti elettronici che possono essere testati in futuro.<\/p>\n

Per l\u2019immediato futuro \u00e8 previsto un lavoro aggiuntivo del gruppo di ricerca per:<\/p>\n

1) Valutare le prestazioni a lungo termine<\/strong> dei sensori elettrochimici.<\/p>\n

2) Testate l\u2019utilizzo di sistemi completamente integrati per il monitoraggio wireless<\/strong>.<\/p>\n

3) Eseguire studi aggiuntivi per realizzare appieno il potenziale dei dispositivi nelle applicazioni legate alla bioelettronica impiantabile<\/strong>.<\/p>\n

Il metodo di upcycling consentir\u00e0 la fabbricazione bioelettronica senza la necessit\u00e0 di una formazione intensiva e di tecniche di microfabbricazione, cio\u00e8 si aprono le porte ad una pi\u00f9 ampia variet\u00e0 di discipline che potrebbero adottare dispositivi estensibili e flessibili per i loro studi.<\/p>\n

Come il suo ex studente, anche Koh vorrebbe espandere la ricerca da CD a sensore, possibilmente con l\u2019aiuto della comunit\u00e0 del campus.<\/p>\n

\u201cStiamo valutando di posizionare una scatola nel campus dove raccogliere i CD\u201d<\/em>, ha detto. \u201cPotremmo anche fornire delle istruzioni passo-passo pi\u00f9 generalizzate su come realizzarli, rivolgendosi anche a persone senza particolari competenze ingegneristiche. Tutti possono creare questo tipo di sensori; vogliamo che il nostro progetto diventi accessibile e conveniente, pi\u00f9 facilmente distribuibile al pubblico\u201d.<\/em><\/p>\n

Come metodo semplice ed economico, questa tecnologia pu\u00f2 essere adottata sia su scala accademica <\/strong>che commerciale<\/strong>. Gli istituti e le universit\u00e0 possono installare contenitori per la raccolta dei CD, mentre le aziende che forniscono metodi di raccolta dei CD, come GreenDisk, possono adottare o esternalizzare le tecniche di fabbricazione proposte come alternativa per alleviare l\u2019accumulo di CD nelle discariche.<\/p>\n<\/div>\n

L’articolo Da CD a biosensori flessibili<\/a> sembra essere il primo su Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

Vai alla fonte.<\/a><\/p>\n

Autore: Roberta Falco<\/p>\n

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