Antenne wireless per la biomedicina: rilevano segnali neuronali in pochi millisecondi
Antenne wireless per la biomedicina (Canva) - systemscue.it
Le antenne wireless, oltre al loro uso consueto, possono assolvere a molteplici altri compiti. Utili, soprattutto, alla biomedicina.
Il monitoraggio dei segnali elettrici, nei sistemi biologici, è fondamentale per comprendere i meccanismi di comunicazione cellulare. Con implicazioni cruciali, nella diagnosi e nel trattamento di patologie, come l’aritmia cardiaca e l’Alzheimer. Le tecnologie tradizionali, però, per rilevare tali segnali si basano su dispositivi cablati, che limitano la quantità di dati ottenibili. Il numero di elettrodi collegabili agli amplificatori, infatti, è vincolato dal numero di fili, riducendo, così, la risoluzione spaziale e la capacità di analisi.
Per superare, quindi, queste limitazioni, un team di ricercatori del MIT ha sviluppato una tecnica innovativa che utilizza minuscole antenne wireless chiamate OCEAN (Organic Conductive Electro-Scattering Antennas). Antenne che sfruttano la luce mediante cui rilevare i segnali elettrici, eliminando la necessità di fili e amplificatori ingombranti. Ogni antenna, misura appena un centesimo della larghezza di un capello umano, consentendo un monitoraggio ad alta precisione, e in tempo reale, dell’attività cellulare.
Il funzionamento di queste antenne, si basa su un principio ottico: con variazioni, nei campi elettrici circostanti, che modificano la dispersione della luce da parte del polimero conduttivo da cui son composte. Quando la luce colpisce l’antenna, la sua intensità cambia proporzionalmente al segnale elettrico rilevato. E ciò, permette di acquisire, simultaneamente, informazioni dettagliate su migliaia di siti di registrazione; garantendo una risoluzione micrometrica, e un monitoraggio continuo, per oltre dieci ore.
Alla base di questa rivoluzionaria tecnologia, vi è il polimero PEDOT:PSS, un materiale conduttivo che, in risposta ai segnali elettrici, modifica la propria struttura elettronica, e il proprio indice di rifrazione. Proprietà, questa, che consente di osservare direttamente i cambiamenti bio-elettrici; servendocisi di un semplice microscopio ottico, senza la necessità di strumenti elettronici complessi. Il sistema, di per sé, è stato progettato per esser accessibile anche a ricercatori senza competenze specifiche in elettronica.
Le nuove antenne OCEAN
La creazione delle antenne OCEAN, avviene attraverso un processo di nano-fabbricazione avanzata. Partendo da un substrato di vetro, su cui vengono depositati materiali conduttivi e isolanti, mediante un fascio di ioni focalizzato, vengono, poi, scavati fori su scala nano-metrica, in cui il polimero vien fatto “crescere” dal basso verso l’alto. Una tecnica che consente, nello specifico e in modo rapido, di produrre array (strutture complesse di dati) composte da milioni di antenne.
La sensibilità raggiunta da queste antenne è notevole: per cui i dispositivi, possono rilevare variazioni di tensione fino a 2,5 millivolt, valore ampiamente inferiore ai 100 millivolt tipici dei segnali neuronali. Inoltre, grazie alla loro rapidità di risposta, che si misura in millisecondi, le OCEAN son in grado di seguire l’attività cellulare dinamica, con elevata precisione.
Ma cos’altro puoi fare con le antenne OCEAN?
Le potenzialità di questa tecnologia, son vastissime. E oltre a migliorare la comprensione dei meccanismi di comunicazione cellulare, le antenne OCEAN potrebbero, persino, facilitare la sperimentazione di nuove terapie farmacologiche, e l’individuazione precoce di anomalie bio-elettriche. Motivo per cui, i ricercatori del MIT stanno già lavorando a ulteriori sviluppi, come l’integrazione delle antenne in dispositivi nano-fotonici. E alla possibilità di penetrare le membrane cellulari, per un monitoraggio intra-cellulare ancor più accurato.
Quest’innovazione, rappresenta un passo significativo, verso nuove frontiere nella ricerca biologica e nella medicina personalizzata. Aprendo la strada a dispositivi diagnostici sempre più precisi, non invasivi, e di semplice utilizzo. Con le antenne OCEAN, infatti, il futuro della bio-elettricità entra in una nuova dimensione tecnologica: potenziando la nostra capacità di esplorare i segreti della comunicazione cellulare, e le relative implicazioni per la salute umana.