Un team di ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Cnr, in collaborazione con le università di Pisa, del Wisconsin-Madison e la Scuola Normale Superiore, ha realizzato una tecnologia innovativa: dispositivi piezoelettrici flessibili, biocompatibili e completamente biodegradabili. Questi nuovi componenti, basati su nanocristalli di cellulosa abbinati a metalli degradabili come il molibdeno, promettono applicazioni innovative sia in campo biomedicale che nel settore dell’energy harvesting, ossia la raccolta di energia ambientale da vibrazioni, movimenti o pressione per convertirla in elettricità e alimentare dispositivi elettronici in modo sostenibile.

I dispositivi piezoelettrici sono sistemi capaci di convertire movimenti meccanici – come pressione, vibrazioni o sollecitazioni – in energia elettrica e viceversa. La particolarità dell’approccio adottato dai ricercatori risiede nella capacità di assemblare i nanocristalli di cellulosa in strutture multilivello, sfruttando tecniche di patterning submicrometrico, che permettono di creare strutture con dettagli inferiori al micrometro per una maggiore precisione, e di stacking, un processo di sovrapposizione di più strati di materiali che ottimizza le proprietà piezoelettriche e meccaniche. Grazie a questa configurazione, i dispositivi raggiungono una sensibilità eccezionale nella rilevazione della pressione e una produzione di energia sufficiente per alimentare sensori e dispositivi impiantabili, eliminando la necessità di batterie esterne.

Come spiegato da Luana Persano, ricercatrice del Cnr-Nano e coordinatrice dello studio, “questi dispositivi hanno mostrato una sensibilità eccezionale nella rilevazione della pressione e la capacità di generare una potenza generata sufficiente per monitorare il battito cardiaco in tempo reale. Inoltre, convertono i movimenti meccanici in energia elettrica, consentendo così di alimentare piccoli dispositivi elettronici, come sensori indossabili o impiantabili senza ricorrere a batterie”.

Oltre alle applicazioni nel monitoraggio cardiaco, la piattaforma sviluppata apre nuove prospettive per la medicina rigenerativa e il rilascio controllato di farmaci. I test effettuati, sia in vitro che in vivo, hanno infatti evidenziato un’elevata biocompatibilità: esperimenti condotti su cellule epiteliali polmonari e muscolari cardiache hanno confermato il potenziale dei dispositivi per essere integrati in ambienti biologici senza effetti indesiderati.

L’approccio innovativo si estende anche alla capacità dei dispositivi di raccogliere energia dai movimenti naturali del corpo, trasformando la meccanica in elettricità. In questo modo, le tecnologie sviluppate potrebbero alimentare la prossima generazione di sensori medici autonomi, riducendo l’impatto ambientale e migliorando l’efficienza dei dispositivi indossabili e impiantabili.

“Questa tecnologia apre nuove possibilità per applicazioni come il monitoraggio di organi, la medicina rigenerativa e il rilascio controllato di farmaci. Grazie a una combinazione innovativa di micro e nanotecnologia, siamo riusciti a sfruttare al meglio le proprietà piezoelettriche dei nanocristalli di cellulosa e abbiamo sviluppato una piattaforma unica, flessibile e ad alte prestazioni, adatta a una nuova generazione di sensori medici, autoalimentati e integrati nel nostro corpo e nell’ambiente in modo sempre più naturale”.

Il lavoro, pubblicato sulla rivista Science Advances, si inserisce nel quadro del programma europeo Marie Curie BIOIMD e rappresenta un importante passo avanti verso la realizzazione di tecnologie mediche sostenibili e rispettose dell’ambiente. La combinazione di materiali naturali e tecniche avanzate di ingegneria dei materiali apre la strada a dispositivi che non solo rispondono alle esigenze della medicina moderna, ma lo fanno in modo ecologico e integrato con il corpo umano.