Il gruppo di ricerca dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Milano ha presentato un transistor a base di dentifricio pensato per diventare in futuro componente di pillole intelligenti da ingerire per monitorare lo stato di salute, che vengono digerite alla fine della loro attività.
Il nano-dispositivo è frutto del lavoro di ricerca nel campo dell’elettronica edibile, che sta emergendo negli ultimi anni grazie alle tante possibili applicazioni in ambito sanitario.
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L’innovazione dei semiconduttori commestibili: dalla ricerca sui pigmenti dentifrici ai circuiti edibili del futuro
L’elettronica edibile sta emergendo negli ultimi anni, motivata da un gran numero di applicazioni sanitarie, in cui i sensori possono essere ingeriti in modo sicuro senza bisogno di alcun controllo medico.
Tuttavia, l’attuale mancanza di semiconduttori commestibili stabili e performanti deve essere affrontata per raggiungere la maturità tecnologica e consentire la nascita di una nuova generazione di circuiti commestibili.
Nella ricerca di semiconduttori commestibili dalle buone prestazioni, lo studio dell’IIT ha esplorato la possibilità di prendere in considerazione materiali che non sono regolamentati per l’ingestione intenzionale, ma che vengono quotidianamente ingeriti senza reazioni avverse, come i pigmenti contenuti nei dentifrici.
Nello specifico, diverse formulazioni commerciali di dentifricio contengono cristalli di ftalocianina di rame, un pigmento blu che funge da sbiancante. La sostanza, infatti, si deposita sui denti e agisce come filtro ottico, facendoli sembrare più bianchi. Nel corso della giornata la ftalocianina viene rimossa dalla saliva e ingerita.
I ricercatori del Center for Nano Science and Technology (CNST) dell’IIT a Milano, in collaborazione con un ricercatore dentista dell’Università di Novi Sad in Serbia hanno studiato le caratteristiche di tale sostanza e calcolato, tramite simulazioni di laboratorio e analisi dei test clinici disponibili, che in media, durante il lavaggio dei denti, ne ingeriamo inavvertitamente 1 milligrammo.
I risultati della ricerca indicano che, con la quantità giornaliera di CuPc ingerita dal dentifricio, si possono realizzare più di 104 transistor commestibili, aprendo così la strada ai circuiti commestibili, una componente critica dei futuri sistemi elettronici commestibili.
Il progetto dell’IIT per un transistor commestibile
Un aspetto interessante è che la struttura chimica del pigmento, che favorisce una conduzione di carica all’interno dei suoi cristalli, permette di usare la ftalocianina anche come ottimo semiconduttore in applicazioni di elettronica organica.
Il nuovo ingrediente, in quantità piccolissime, è stato quindi utilizzato come semiconduttore nella ricetta già sperimentata dal gruppo di ricerca per costruire circuiti edibili: un substrato in etilcellulosa su cui vengono stampati i contatti elettrici con una tecnica a getto di inchiostro, dove però viene utilizzata una soluzione di particelle di oro (materiale ampiamente utilizzato in ambito culinario come decorazione).
A questa soluzione si aggiunge un “gate” realizzato con un gel elettrolitico a base di chitosano (gelificante alimentare estratto da diversi crostacei, come i granchi blu), che permette il pilotaggio a basso voltaggio (meno di 1V) del transistor.
Il transistor edibile nasce nel laboratorio di Printed and Molecular Electronics coordinato da Mario Caironi, e arriva subito dopo l’invenzione della batteria edibile, realizzata lo scorso anno dallo stesso gruppo.
L’attività del laboratorio di Caironi si concentra sullo studio delle proprietà elettroniche degli alimenti e dei suoi derivati, al fine di realizzare dispositivi elettronici commestibili, per future applicazioni sia in ambito sanitario sia per il controllo qualità del mercato alimentare.
Nel 2019 Caironi ha vinto un finanziamento di 2 milioni di euro da parte dell’European Research Council per il progetto ELFO, che esplora il campo dell’elettronica alimentare. Inoltre, dal 2021 il suo gruppo fa parte del progetto europeo RoboFood, che è volto alla realizzazione di robot commestibili.
Il prossimo passo del gruppo di ricerca sarà individuare altre sostanze edibili che possano avere le giuste caratteristiche chimico-fisiche utili a creare un dispositivo elettronico intelligente e commestibile, da utilizzare in ambito sanitario, come per esempio il monitoraggio dei parametri corporei del tratto gastrointestinale.
I risultati della ricerca sono stati descritti in un articolo pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Science.
