Pillole intelligenti a base di dentifricio e miele
La tecnologia che può essere ingerita o impiantata nel corpo fornisce ai medici dati in tempo reale sul pH, sulla temperatura corporea e su altri parametri fisiologici, consentendo allo stesso tempo trattamenti mirati che riducono la necessità di interventi chirurgici e altre procedure invasive. Tuttavia, le sostanze pericolose presenti in questi dispositivi rappresentano una minaccia per l’ambiente nel momento in cui vengono smaltiti, nonché per i pazienti stessi. «La somministrazione della maggior parte dei dispositivi ingeribili attualmente disponibili deve essere supervisionata per motivi di sicurezza, il che comporta la perdita di opportunità per i programmi di screening sanitario di massa», afferma Mario Caironi, coordinatore del progetto ELFO(si apre in una nuova finestra), sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra) (CER). Caironi e il suo team del Laboratorio di Elettronica Stampata e Molecolare(si apre in una nuova finestra) dell’Istituto Italiano di Tecnologia stanno sviluppando dispositivi elettronici commestibili realizzati con alimenti, ingredienti alimentari, additivi e materiali atossici. «Una volta esaurita la loro funzione, questi dispositivi elettronici possono essere digeriti naturalmente o addirittura metabolizzati, senza produrre rifiuti elettronici», spiega Caironi.
Sviluppare prototipi commestibili
Il progetto ELFO ha sviluppato i componenti necessari per realizzare due prodotti concettuali: una pillola intelligente per il monitoraggio della salute gastrointestinale e un sensore a radiofrequenza per il controllo della sicurezza e della qualità dei prodotti alimentari. Il primo passo del team è stato quello di creare un elenco di materiali candidati che presentassero proprietà elettroniche utili e fossero facilmente metabolizzabili dall’organismo, attenendosi alle linee guida di organismi di regolamentazione quali l’Autorità europea per la sicurezza alimentare(si apre in una nuova finestra) e la Food and Drug Administration statunitense(si apre in una nuova finestra). Materiali in grado di fungere da conduttori, isolanti e semiconduttori sono stati ottimizzati e testati in fluidi gastrici e intestinali simulati per garantire che tali proprietà fossero mantenute all’interno dell’organismo. «È stato davvero emozionante vedere come alcuni materiali esotici abbiano funzionato in modo inaspettatamente efficace. Il miele risulta essere ottimo per il gating dei transistor, mentre il pigmento del dentifricio costituisce un semiconduttore eccellente e stabile», osserva Caironi.
Creare pillole intelligenti commestibili e sensori alimentari
Il passo successivo è stato quello di dimostrare come questi materiali potessero essere integrati in componenti elettronici quali circuiti, sensori e alimentatori, utilizzando tecniche a bassa temperatura basate su liquidi, come la stampa a getto d’inchiostro. Il team ha realizzato sottili film semiconduttori a base di beta-carotene (il pigmento arancione presente nelle carote) e dielettrici conduttori di ioni realizzati con miele e chitosano derivato dai crostacei. I sensori sono stati realizzati con acqua, sale, metalli atossici (come la foglia d’oro) e succo di cavolo rosso. Il progetto ha inoltre portato alla realizzazione della prima batteria ricaricabile commestibile al mondo, a base di riboflavina, quercetina (un pigmento giallo presente nelle cipolle), alga nori, carbone attivo, oro commestibile e acqua salata. Nominata tra le migliori invenzioni del 2023(si apre in una nuova finestra) dalla rivista «TIME», la batteria commestibile consentirà alle pillole intelligenti di ricaricarsi autonomamente tramite un modulo di raccolta di energia. «Abbiamo portato la batteria commestibile a un livello tale da poter alimentare la maggior parte dei dispositivi ingeribili», aggiunge Caironi, «mentre il sensore alimentare è in grado di rilevare quando un alimento viene scongelato e poi ricongelato, indicando che non è più sicuro per il consumo.»
Verso una prova di concetto per applicazioni future
ELFO contribuisce a una serie di obiettivi strategici fondamentali dell’UE, dalla medicina personalizzata, che sostiene strategie di prevenzione e trattamento su misura(si apre in una nuova finestra), all’innovazione nel campo dei materiali avanzati, in grado di offrire una serie di opportunità future, come i sensori dell’Internet delle cose per il monitoraggio della compliance terapeutica.. Il team è in attesa di brevetto sia per la pasta oleogel conduttiva utilizzata nel progetto, sia per un metodo di trasmissione dei dati che sfrutta la conduttività naturale del corpo, il quale costituirà la base del progetto di follow-up EAT, finanziato dal CER. «EAT mira a realizzare la prima pillola completamente commestibile per misurare il tempo di svuotamento dello stomaco, utile ai nutrizionisti per lo studio del senso di sazietà. Il nostro obiettivo è rendere questa pillola commestibile una piattaforma su cui integrare in futuro un numero maggiore di sensori per altri utilizzi», conclude Caironi.
