I ricercatori dell’Università di St Andrews e dell’Università di Colonia hanno sviluppato una nuova piattaforma hardware che consente di posizionare sorgenti luminose wireless più piccole all’interno del corpo umano.
nuova ricerca, Pubblicato oggi sulla rivista Science AdvancesEgli suggerisce che queste sorgenti luminose consentiranno nuovi metodi minimamente invasivi per trattare e comprendere meglio le malattie che attualmente richiedono l’impianto di dispositivi ingombranti.
Gli impianti biomedici hanno già rivoluzionato l’assistenza sanitaria, fornendo soluzioni che cambiano la vita a molte persone. Gli impianti basati su elettrodi, come impianti cocleari, pacemaker e stimolatori cerebrali, funzionano basandosi sulla stimolazione elettrica delle cellule umane. Può aiutare a ripristinare l'udito, normalizzare la funzione cardiaca e mitigare gli effetti di malattie debilitanti come il morbo di Parkinson.
Il nuovo approccio presentato da scienziati tedeschi e scozzesi si basa sull’integrazione di diodi organici a emissione di luce (OLED) in “antenne acustiche”. I display OLED si trovano comunemente nei moderni smartphone e nei televisori di fascia alta. Sono costituiti da sottili strati di materia organica che possono depositarsi su quasi tutte le superfici.
“Abbiamo sfruttato questa proprietà per posizionare gli OLED direttamente sull'antenna acustica, combinando così le proprietà uniche di entrambe le piattaforme in un unico dispositivo molto compatto”, spiega il professor Malte Gather, dell'Università della California. Scuola di Fisica e Astronomia.
I nuovi dispositivi funzionano a frequenze inferiori ai megahertz utilizzati anche nelle comunicazioni marittime, poiché l'acqua assorbe solo debolmente i campi elettromagnetici a questa frequenza. Tuttavia, a differenza dei sottomarini, l’applicazione prevista in biomedicina richiede pochissimo spazio sul dispositivo, quindi le classiche antenne utilizzate nelle nostre radio e smartphone sarebbero molto grandi a questa frequenza.
“A differenza di un'antenna classica, un'antenna acustica può essere molto piccola, anche quando raccoglie energia da un campo elettromagnetico a bassa frequenza”, ha affermato Julian Butcher, che ha sviluppato i nuovi dispositivi come parte della sua tesi di dottorato.
Il dispositivo wireless che emette luce prende di mira la stimolazione ottica, che è emersa come un’alternativa promettente alla stimolazione elettrica perché può essere più selettiva per le cellule e consente persino la stimolazione di singole cellule tramite modificazione genetica. Tali tecniche hanno già mostrato risultati promettenti nei primi studi clinici, ad esempio nel trattamento di malattie degli occhi altrimenti incurabili.
Per molte applicazioni emergenti, più siti devono essere stimolati in modo indipendente, motivo per cui i moderni stimolatori cerebrali spesso includono un gran numero di elettrodi. Questo approccio viene adottato soprattutto da aziende come Neuralink di Elon Musk. Tuttavia, lo stimolatore ideale sarebbe costituito da piccoli dispositivi distribuiti che potrebbero essere azionati e leggere i centimetri all’interno del corpo in modalità wireless, eliminando del tutto la necessità di cablaggio verso e attraverso il corpo.
Come nel caso delle antenne elettriche, e poiché le antenne radio sono generalmente più grandi di quelle degli smartphone, la dimensione sia delle antenne classiche che di quelle acustiche determina la frequenza con cui funziona il dispositivo e quindi la frequenza del campo magnetico ricevuto. Questa proprietà è sfruttata dalle nuove sorgenti luminose wireless: impostando la frequenza operativa di diverse antenne acustiche su valori diversi modificandone leggermente le dimensioni, gli scienziati possono far funzionare molte delle loro piccole lampade elettriche in modo indipendente, accendendole e spegnendole individualmente. In futuro, ciò potrebbe consentire la manipolazione individuale di più stimoli in diverse parti del corpo, ad esempio, per trattare disturbi neurologici debilitanti.
Con la loro nuova piattaforma di dispositivi, gli scienziati sono ora un passo avanti verso lo sviluppo dello “stimolatore perfetto” combinando dimensioni minime del dispositivo, bassa frequenza di attuazione e stimolazione ottica.
Il professor Gaither è ansioso di continuare il lavoro: “Come passo successivo, ridurremo le dimensioni dei nostri display OLED wireless e testeremo la nostra tecnologia su un modello animale”.
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