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May 17, 2023

I tatuaggi al grafene misurano continuamente la pressione sanguigna

Blood pressure measurement hasn’t changed much since the invention of the

La misurazione della pressione sanguigna non è cambiata molto dall'invenzione dello sfigmomanometro basato su bracciale gonfiabile nel 1881. Le persone possono utilizzare il dispositivo per fornire letture alcune volte al giorno, ma ciò non è sufficiente per fornire una visione olistica della salute cardiovascolare.

Nuovi tatuaggi elettronici realizzati in grafene leggono continuamente la pressione sanguigna per giorni. I sensori di luce ultrasottili potrebbero consentire il monitoraggio della pressione sanguigna di un paziente mentre svolge le sue attività quotidiane.

"La pressione sanguigna è un segno vitale davvero importante", afferma Roozbeh Jafari, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Texas A&M University. "Lo stress può uccidere. Lo stress porta a cambiamenti nella pressione sanguigna, ma non abbiamo modo di misurarlo o comprenderlo. Quindi, se esiste una tecnologia per misurare continuamente la pressione sanguigna, sarebbe un punto di svolta."

Le persone con malattie cardiovascolari e ipertensione devono monitorare regolarmente la pressione sanguigna. Per farlo in modo discreto, negli ultimi anni i ricercatori hanno sviluppato metodi senza polsini. Alcuni si affidano a sensori acustici indossabili che misurano i cambiamenti nei segnali ultrasonici che viaggiano attraverso i tessuti, o a sensori di pressione in grado di rilevare l’espansione dei vasi sanguigni nel polso. Questi sono ingombranti e possono spostarsi, distorcendo i segnali misurati.

I sensori basati sulla luce, come quelli dei cinturini per il fitness e degli smartwatch, possono misurare accuratamente la frequenza cardiaca dai capillari della pelle, ma la luce non penetra abbastanza in profondità da rilevare l’onda della pressione sanguigna.

Il nuovo sensore di pressione sanguigna utilizza sensori elettronici per tatuaggi al grafene inventati nel 2017 dal professore di ingegneria elettrica e informatica Deji Akinwande presso l’Università del Texas ad Austin. Jafari e Akinwande hanno collaborato ai nuovi sensori di pressione sanguigna al grafene di cui hanno parlato su Nature Nanotechnology.

Per realizzare i tatuaggi, i ricercatori coltivano uno o due strati di grafene su un foglio di rame, lo rivestono con uno strato ultrasottile di acrilico spesso 200 nanometri e lo trasferiscono su carta per tatuaggi temporanei commerciale. Lo spessore a livello atomico del grafene fa sì che i cerotti si adattino molto bene alla pelle, afferma Akinwande, quindi si attaccano senza bisogno di adesivi e rimangono sul posto. Inoltre, chi li indossa non li sente.

In una versione prototipo del sistema di monitoraggio continuo della pressione arteriosa, segmenti di lamina di rame sono fissati al polso. Le etichette delle immagini identificano l'arteria radiale e ulnare della persona, nonché le posizioni per l'"iniezione" (introduzione) di un segnale di corrente alternata di basso livello. Università del Texas ad Austin/Texas A&M University/Nature Nanotechnology

Per determinare la pressione sanguigna, i ricercatori utilizzano i sensori di grafene per misurare la bioimpedenza, ovvero l’impedenza elettrica al flusso di corrente attraverso i tessuti. Attaccano due file di sei tatuaggi di grafene ciascuna sul polso di un partecipante. Ogni fila è posizionata proprio sopra una delle due arterie principali del polso. I cerotti più esterni di ciascuna fila inviano piccole correnti elettriche al braccio, mentre i quattro cerotti interni misurano le variazioni di tensione, il che aiuta a calcolare l'impedenza.

L'impedenza riflette la variazione del volume del sangue nelle arterie, afferma Jafari, ma non si traduce direttamente in pressione sanguigna. Quindi il team ha creato un algoritmo di apprendimento automatico per stimare con precisione la pressione sanguigna in base a diversi parametri tra cui la variazione del volume del sangue, il tempo di transito dell'impulso di pressione tra due siti, la differenza di tempo tra l'arrivo degli impulsi alle due arterie e la proprietà elastiche delle arterie.

A titolo dimostrativo, i ricercatori hanno posizionato i sensori di grafene su sette partecipanti umani e hanno misurato la pressione sanguigna mentre i volontari eseguivano esercizi attivi. Per determinare la precisione, hanno confrontato le letture con letture periodiche effettuate utilizzando la tecnica gold-standard del bracciale per la pressione sanguigna.

Alcuni partecipanti hanno fatto una camminata faticosa all'aperto a 38°C e altri hanno eseguito flessioni. I tatuaggi non si sono deteriorati dopo l'esposizione alla luce e al calore o al contatto con acqua o sudore. I ricercatori hanno potuto monitorare la pressione sanguigna continuamente per cinque ore. Un monitoraggio più lungo è facilmente possibile, dice Jafari, poiché i tatuaggi durano sette giorni.