Disegni sul polso, elettrodi a pelle: il cuore ora si monitora così

Dentro una boccetta trasparente, in un laboratorio di ingegneria della Pennsylvania State University, c’è un liquido con la consistenza della colla vinilica (“fffatto?”), che si può colorare col normale colorante alimentare usato per le torte. Dipinto sulla pelle con un pennello, si asciuga in meno di 10 minuti: a dire il vero ne bastano anche meno, con l’aiuto di un phon. Il risultato? Un elettrodo medico a tutti gli effetti, capace di leggere segnali dal cuore, dai muscoli o dal cervello.

Il team, guidato dal professor Huanyu Cheng insieme alla dottoranda Wanqing Zhang, ha appena pubblicato lo studio su PNAS e depositato un brevetto provvisorio. L’idea nasce da un problema molto pratico, quello che chiunque abbia fatto un elettrocardiogramma conosce bene: i cerotti si staccano, tirano la pelle, e nei punti con peli o sudore leggono male.

Perché i cerotti tradizionali perdono colpi

Gli elettrodi che si trovano oggi in ogni ambulatorio sono quasi sempre rigidi, a base metallica. Sono abbastanza stabili, ma poco elastici quando il corpo si muove. Le alternative più morbide usano un materiale gelatinoso, l’idrogel, che si adatta meglio ai movimenti del corpo. Col tempo, però, si disidrata, perdendo aderenza e capacità di trasmettere segnale.

In entrambi i casi resta un problema più sottile: tra l’elettrodo prefabbricato e la pelle c’è quasi sempre una minuscola intercapedine d’aria, che disturba la lettura.

«La maggior parte degli elettrodi commerciali viene prodotta in fabbrica e poi applicata sulla pelle come uno strato a parte», ha spiegato Zhang in una nota dell’ateneo. In poche parole, quello spazio vuoto tra materiale e corpo è il punto debole di ogni misurazione. Dipingere l’elettrodo direttamente sulla pelle elimina il problema alla radice. A quel punto la separazione, semplicemente, non esiste più.

Come funziona il pennello che legge il battito

L’inchiostro nasce mescolando diversi polimeri con additivi acidi in soluzione acquosa. Una parte del disegno, quella che deve restare collegata al modulo elettronico, viene dipinta su un tessuto d’argento poroso appoggiato sulla pelle. L’inchiostro ancora umido penetra nella trama del tessuto, poi si indurisce e vi si salda sopra. Quel lembo di tessuto si aggancia infine a un piccolo modulo, nascosto sotto i vestiti, che trasmette i dati via Bluetooth.

Il tessuto poroso è quello che permette all’elettrodo di stirarsi oltre il 150% della sua lunghezza originale senza rompersi. Lascia passare sudore e persino i peli, senza perdere aderenza. Nei test, il sistema ha tenuto per 12 ore continuative durante attività quotidiane, ed è rimasto stabile anche sotto sforzo fisico. In un altro esperimento, gli stessi elettrodi hanno raccolto segnali muscolari dall’avambraccio di una persona e li hanno usati per comandare una protesi robotica senza bisogno di toccarla.

Uno squalo, una tigre, un coniglietto o Superman?

«L’inchiostro si comporta quasi come il makeup per le feste», racconta il co-autore Larry Cheng.

«Parte quasi trasparente, ma con il colorante alimentare lo si può tingere in qualunque colore serva, per disegnare quello che si vuole: un fumetto, Superman, quello che preferite».

Il team ha già dipinto squali, volpi e altri personaggi sulle mani dei volontari. Un momento di solito clinico e un po’ freddo, è diventato improvvisamente giocoso.

Chi ci guadagna per primo, con ogni probabilità, sono i bambini. Andare dal pediatra e trovarsi disegnato uno squalo sul polso invece di un cerotto che tira è una differenza che i genitori notano subito. Ed è anche l’esempio che gli stessi autori dello studio citano più spesso.

Cosa manca ancora alla diffusione degli elettrodi disegnati

Il brevetto è provvisorio, vi dicevo: nella prassi americana significa che l’azienda ha un anno di tempo per presentare domanda completa, senza alcuna garanzia che il prodotto arrivi mai sugli scaffali di una farmacia. Lo studio pubblicato su PNAS Illustra un prototipo di laboratorio, testato su un numero limitato di volontari e non ancora certificato come dispositivo medico.

Chi lo indosserà per primo, prima dei bambini dal pediatra, saranno probabilmente i laboratori di ricerca su protesi e interfacce uomo-macchina: è lì che il sistema è già stato messo alla prova con maggiore continuità.

Resta poi un dettaglio pratico che nessun comunicato stampa cita volentieri: l’inchiostro va rimosso con acqua e va ridipinto ogni volta. Un monitoraggio davvero continuativo, su settimane, richiede comunque la disponibilità e la manualità di applicarlo di nuovo. Il modulo elettronico, quello costoso, resta riutilizzabile. L’inchiostro, quello economico, è pensato per essere sacrificabile. Ma qualcuno dovrà riusare il pennello ogni volta.

Un tatuaggio che non è la prima idea del genere

L’idea di un’elettronica che aderisce alla pelle come un tatuaggio non è nuova per chi segue questi temi da un po’. Ne avevamo già parlato con gli elettrodi al grafene pensati per monitorare il battito h24, e più di recente con i circuiti dipinti su elettronica flessibile. La differenza, qui, è che per la prima volta il colore non è un vezzo aggiunto dopo: fa parte del progetto fin dall’inizio, pensato apposta per chi con quel dispositivo dovrà conviverci, in vista o nascosto sotto la manica.

Chi accetterebbe più facilmente di indossare un sensore medico se, invece di un cerotto anonimo, fosse un disegno scelto da lui?