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Dec 11, 2023

Batteria flessibile

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12356 (2022) Citare questo articolo

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In questo lavoro, una comunicazione di campo vicino (NFC) basata su microcontrollore a bassa potenza interfacciata con una cella a combustibile ibrida di glucosio abiotico flessibile è progettata per funzionare come un sensore di glucosio senza batteria. La cella a combustibile abiotica al glucosio è fabbricata depositando platino colloidale (co-Pt) sulla regione anodica e compositi di nanotubi di carbonio a parete multipla con nanoparticelle di ossido d'argento (Ag2O-MWCNT) sulla regione catodica. Il comportamento elettrochimico è caratterizzato mediante voltammetria ciclica e cronoamperometria. Questa cella a combustibile ibrida al glucosio ha generato una tensione a circuito aperto di 0,46 V, una densità di corrente di cortocircuito di 0,444 mA/cm2 e una densità di potenza massima di 0,062 mW/cm2 a 0,26 V in presenza di glucosio fisiologico 7 mM. Dopo l'integrazione del dispositivo della cella a combustibile ibrida di glucosio abiotico con il modulo NFC, i dati del sistema di monitoraggio del glucosio vengono trasmessi con successo a un'applicazione Android per la visualizzazione sull'interfaccia utente. Il voltaggio della cella era correlato (r2 = 0,989) con la concentrazione di glucosio (fino a 19 mM) con una sensibilità di 13,9 mV/mM•cm2.

Il monitoraggio continuo del glucosio è la strategia più efficace per ridurre le complicazioni che potrebbero derivare da livelli elevati di glucosio nel corpo. Gli individui con diabete devono controllare frequentemente i livelli di glucosio utilizzando un test con puntura sul dito e/o monitor continui del glucosio (CGM). Un sensore ideale per il monitoraggio del glucosio nel corpo deve mostrare stabilità a lungo termine e comunicare in modalità wireless i cambiamenti transitori dei livelli di glucosio con il paziente o l'assistente. I trasduttori elettrochimici hanno attirato molta attenzione negli ultimi decenni nello sviluppo di biosensori basati sul glucosio1,2,3. I trasduttori elettrochimici convertono le informazioni chimiche o biologiche, come la concentrazione dell'analita e la composizione complessiva, in un segnale elettrico utile. Inoltre, presentano un'ampia gamma di vantaggi rispetto ad altre tecniche, come la semplicità di costruzione e tempi di reazione rapidi con grandi limiti di rilevamento, selettività e sensibilità4,5,6.

La sensibilità dei biosensori elettrochimici è significativamente migliorata dai materiali conduttivi utilizzati nella progettazione dell'area elettroattiva e i nanomateriali sono stati ampiamente esplorati come materiali di rilevamento per aumentare la sensibilità e la gamma lineare del biosensore elettrochimico7. La maggior parte dei biosensori elettrochimici sono progettati per rilevare un'ampia gamma di analiti e sono generalmente composti da un materiale di rilevamento dell'elettrodo modificato con un elemento di bioriconoscimento o biorecettore, come enzimi, anticorpi o aptameri8, 9. Nanotubi di carbonio a parete multipla e a parete singola6, 9, gli ossidi metallici semiconduttori7,10, i polimeri conduttori11,12,13 e il grafene14 sono alcuni dei materiali di rilevamento più utilizzati. L'applicazione di nanoparticelle o nanostrutture, come platino, oro e argento, continua a raccogliere notevole attenzione grazie alle loro eccezionali proprietà elettrochimiche15, 16 per migliorare il trasferimento diretto e veloce di elettroni dal biorecettore al collettore di corrente, nonché l'efficienza del biosensore in l'assenza di mediatori17, 18. Questi materiali presentano un elevato rapporto volume/superficie e una grande biocompatibilità e quindi rappresentano un'alternativa interessante ai biorecettori per lo sviluppo di biosensori per dispositivi indossabili di monitoraggio della salute1, 19,20,21.

I dispositivi sanitari indossabili si sono concentrati principalmente sulla miniaturizzazione e sul funzionamento wireless (ad esempio, Bluetooth e comunicazione a campo vicino (NFC))22, 23. Sebbene il dispositivo indossabile abbia utilizzato principalmente la tecnologia Bluetooth, le sue grandi dimensioni e il suo peso possono influire sull'indossabilità22. Ali et al. hanno riferito sullo sviluppo di un dispositivo impiantato per il monitoraggio del glucosio che utilizza Bluetooth Low Energy (BLE)24. I dati sul glucosio dal sistema vengono trasferiti tramite BLE a un PDA (smartphone o iPad), che visualizza i dati in formato testo. Questa tecnologia ha un certo successo nel ridurre il consumo energetico di un'unità di alimentazione esterna e dell'unità impiantata. Allo stesso modo, è stato costruito un sistema di monitoraggio del livello di glucosio nel sangue basato su Body Area Network wireless utilizzando un glucometro, un Arduino Uno e un modulo Zigbee ed è stato utilizzato un sito Web per ottenere il monitoraggio remoto del glucosio25. Tuttavia, a causa dell’elevato consumo energetico della scheda Arduino Uno e del modulo Zigbee, il sistema non è efficiente dal punto di vista energetico. Per risolvere questa limitazione, altri hanno utilizzato un trasmettitore esterno per connettersi e caricare il sensore del glucosio in modalità wireless con funzionalità Bluetooth e applicazione per smartphone26. Inoltre, sono stati proposti dispositivi basati su NFC per migliorare il comfort corporeo grazie ai vantaggi di essere privi di batteria e wireless27, 28. Sono state dimostrate varie applicazioni basate su NFC, tra cui il rilevamento colorimetrico del sudore26, dispositivi "simili alla pelle" per il monitoraggio del cuore variabilità della frequenza (HRV)27, dosimetro epidermico ultravioletto28, pulsossimetria29, lenti a contatto intelligenti30 e tatuaggio elettronico wireless18.