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Smart Core/shell nanorod arrays for artificial skin

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Pelle intelligente con precise proprietà di rilevamento

Un’innovativa pelle artificiale composta da materiali biocompatibili dimostra di rispondere a molteplici stimoli, in modo simile alla pelle umana.

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La pelle umana possiede un sistema sensoriale sofisticato e specializzato che identifica gli stimoli ambientali e trasmette queste informazioni al cervello. La pelle naturale ha diversi tipi di recettori sensoriali e terminazioni nervose che le permettono di percepire la temperatura e gli stimoli meccanici. Inoltre, è in grado di avvertire la sensazione tattile, ovvero la capacità di percepire la consistenza, la forma e altre caratteristiche fisiche degli oggetti che entrano in contatto con essa. Nel suo insieme, la pelle fornisce al corpo una ricca serie di informazioni sensoriali che ci permettono di sperimentare e interagire con il mondo che ci circonda in modi complessi. Sebbene nell’ultimo decennio siano stati compiuti progressi significativi nella comprensione di questo sistema complesso, lo sviluppo di una pelle artificiale con proprietà e funzioni simili a quelle della pelle umana è un campo relativamente nuovo con un enorme potenziale. Una pelle artificiale ideale dovrebbe avere diverse proprietà che imitano il più possibile quelle della pelle umana naturale, tra cui biocompatibilità, proprietà meccaniche e percezione sensoriale.

Integrare diversi sensori in una nuova pelle artificiale

L’obiettivo del progetto SmartCore, finanziato dall’UE, era quello di combinare il rilevamento della temperatura, dell’umidità e della pressione in un’unica pelle artificiale innovativa e di ottenere un rilevamento con un’elevata risoluzione spaziale. «Per creare una pelle artificiale efficace, è necessario utilizzare materiali dotati delle giuste proprietà meccaniche ed elettriche nonché controllare lo spessore e le dimensioni degli strati a livello microscopico attraverso varie tecniche», spiega Anna Maria Coclite, la ricercatrice principale del progetto. I ricercatori hanno sviluppato un materiale ibrido composto da ossido di zinco piezoelettrico e da un polimero intelligente. Un materiale piezoelettrico è un materiale che produce un segnale elettrico quando cambia forma e può quindi essere utilizzato nei sensori di pressione/forza, come quelli incorporati negli schermi tattili. Il polimero intelligente è stato progettato per rispondere alla temperatura e all’umidità e cambiare forma. Entrambi i materiali sono stati inseriti in una nanostruttura di tipo nucleo-guscio, con il polimero intelligente al centro e il piezoelettrico all’esterno. In questo modo, quando il primo cambia forma a causa della temperatura o dell’umidità, esercita una pressione sull’ossido di zinco, creando un segnale che può essere misurato.

Materiali biocompatibili e maggiore risoluzione

«La pelle artificiale SmartCore è realizzata con materiali sicuri per l’organismo ed è in grado di percepire più oggetti contemporaneamente con un’elevata precisione», sottolinea Coclite. La pelle umana è in grado di percepire oggetti di dimensioni minime di 1 mm2. La pelle artificiale SmartCore ha dimostrato che la risposta può essere misurata da aree di dimensioni pari a 0,25 mm2 nonché, e per la prima volta, di essere sensibile a tre stimoli contemporaneamente (pressione, temperatura e umidità). Ciò fornisce informazioni integrate sull’ambiente, simili a quelle della pelle umana.

Somministrazione di farmaci dalla pelle artificiale

Con la prossima creazione di un sistema wireless, sarà possibile rilevare i segnali elettrici provenienti dalla gamma di sensori nucleo-guscio e sviluppare un vero e proprio prototipo di dispositivo da proporre per il suo sfruttamento. Un altro aspetto molto importante per le pelli artificiali è la somministrazione di farmaci con una cinetica controllabile. Nel caso di SmartCore, i farmaci possono essere incorporati nei polimeri intelligenti e rilasciati quando i polimeri si espandono a causa della temperatura e dell’umidità. In questo modo si potrebbe ottenere una somministrazione di farmaci su richiesta dell’organismo, ad esempio in risposta a febbre o processi di infezione.

Parole chiave

SmartCore, pelle artificiale, temperatura, umidità, polimero, piezoelettrico, sensore, ossido di zinco, nanostruttura

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