Biosensori nell’Abbigliamento: Tecnologia e Sostenibilità

Cosa sono i Biosensori?

I biosensori sono dispositivi che combinano una componente biologica, come un enzima o una cellula vivente (o non vivente), con una componente tecnologica, come un sensore elettronico. Lo scopo dei biosensori è rilevare e misurare “una sostanza specifica”.

I dispositivi dotati di biosensori possono essere utilizzati per monitorare una vasta gamma di parametri, tra cui la concentrazione di sostanze chimiche, il livello di umidità, la temperatura, la pressione e molto altro.

La componente biologica del biosensore funziona come un sistema di rilevamento specifico per la sostanza di interesse, mentre la componente tecnologica traduce i segnali biologici in informazioni quantificabili e visibili tramite software o applicazioni.

Ad esempio, un biosensore potrebbe utilizzare un enzima per rilevare la concentrazione di zucchero nel sangue e tradurre il segnale enzimatico in una misura quantitativa della concentrazione di zucchero.

I biosensori sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui la diagnostica medica, l’ambiente, la sicurezza alimentare, la scienza industriale e molti altri.

Questi dispositivi sono spesso apprezzati per la loro precisione, la rapidità e la capacità di rilevare sostanze anche se in concentrazioni molto basse.

Integrazione dei Biosensori nell’Abbigliamento

Leggeri, discreti e capaci di monitorare i cambiamenti biochimici in tempo reale, i biosensori stanno diventando sempre più integrati nei nostri indumenti.

I ricercatori hanno iniziato da tempo a sviluppare abbigliamento dotato di biosensori: nel 2018 hanno depositato microbi geneticamente modificati su un materiale flessibile e indossabile, creando una tuta da corsa e una scarpa che cambiano forma in base al livello di sudore del corpo umano. Questi prototipi utilizzavano B. subtilis, un batterio benigno trovato in alcuni cibi fermentati.

Ecco alcuni esempi d’uso dei biosensori nell’abbigliamento:

• Biosensori per il monitoraggio della salute: indumenti sportivi che integrano biosensori per monitorare la temperatura del corpo, la frequenza cardiaca, la sudorazione e altre metriche correlate alla salute;
• Biosensori per il controllo della temperatura: per regolare la temperatura del corpo in base alle condizioni ambientali. Ad esempio, una tuta da corsa potrebbe utilizzare biosensori per rilevare la sudorazione e attivare le alette di ventilazione per rimuovere l’umidità dal corpo.

Come vengono alimentati i Biosensori?

• Energia a batteria: molti biosensori sono alimentati da batterie, solitamente ricaricabili. Questo è il caso, ad esempio, di molti dispositivi di monitoraggio della salute indossabili;
• Energia solare: ci sono biosensori che possono essere alimentati da luce solare, utilizzando celle solari integrate nel dispositivo. Questo è particolarmente utile per i biosensori che devono essere utilizzati in ambienti esterni o in luoghi dove l’accesso a una fonte di alimentazione elettrica è limitato;
• Energia a biocarburante: alcuni ricercatori coreani hanno sviluppato una cella a biocarburante sotto forma di tessuto che genera elettricità partendo dal sudore umano. Questo tipo di alimentazione è particolarmente utile per i biosensori che devono essere utilizzati in combinazione con indumenti indossabili;
• Energia dai movimenti fisici: ci sono biosensori che possono essere alimentati dai movimenti fisici del corpo, utilizzando energy harvester indossabili. Questo è particolarmente utile per i biosensori che devono essere utilizzati per monitorare l’attività fisica.

Chiaramente, per ottenere dati continui e precisi dai biosensori indossabili, è necessario avere una fonte di alimentazione affidabile. Ed è anche in questo campo che la ricerca sta effettuando enormi passi avanti negli ultimi anni.

Quanto durano i Biosensori?

Uno dei problemi dell’utilizzo di microbi come biosensori, è sicuramente il loro ciclo di vita limitato.

Per ovviare a questo problema, alcuni ricercatori stanno sviluppando biosensori privi di cellule realizzati con componenti molecolari inanimate, come DNA, RNA o molecole proteiche.

Questi componenti molecolari possono essere organizzati in “circuiti genetici”, che funzionano in modo simile ai computer e che possono quindi esprimere informazioni più complesse sui dati e le sostanze che stanno rilevando dal nostro corpo.

I progressi nei biosensori senza cellule provengono dal settore medico: nel 2021, il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ha sviluppato una maschera facciale contenente biosensori del circuito genetico che rilevano immediatamente SARS-CoV-2 nel respiro di chi la indossa.

Questo biosensore combina la precisione dei test PCR con la velocità e il basso costo dei test antigene.

Biosensori per il Benessere dei Consumatori

La società di tecnologia dei biosensori Abbott è un esempio della convergenza tra biosensori per la salute e il benessere dei consumatori: i loro biosensori a cerotto corporeo consentono ai consumatori di monitorare i cambiamenti fisiologici derivanti da regimi dietetici e di esercizio fisico.

Le smart t-shirt monitorano i battiti cardiaci, la respirazione e la postura durante l’esercizio fisico. Queste magliette possono fornire informazioni precise sulla frequenza cardiaca, aiutando gli atleti a ottimizzare la loro forma fisica e a evitare infortuni.

Ci sono biosensori per il monitoraggio della qualità del sonno. Questi dispositivi possono essere indossati come braccialetti o addirittura integrati nei materassi per monitorare la durata e la qualità del sonno, fornendo informazioni preziose su come migliorare la salute o le performance durante il giorno.

Ci sono anche biosensori per il monitoraggio della dieta. Questi dispositivi possono essere utilizzati per rilevare la quantità di calorie consumate, la composizione dei nutrienti e le abitudini alimentari, aiutando i consumatori a prendere decisioni alimentari più sane.

Ecco altri esempi di biosensori ideati per il benessere dei consumatori:

• Biosensori per la gestione delle allergie: possono rilevare la presenza di allergeni nell’aria o nei cibi, aiutando le persone con allergie a evitare di entrare in contatto con sostanze pericolose;
• Biosensori per la gestione delle malattie croniche: possono monitorare costantemente la glicemia nel sangue, la pressione arteriosa e altri parametri vitali per aiutare le persone con malattie croniche a gestire la loro salute;
• Biosensori per la gestione della salute della pelle: possono analizzare la pelle per determinare il livello di idratazione, la presenza di rughe e macchie e altri segni di invecchiamento, aiutando le persone a prendere decisioni informate sulla cura della pelle.

Biosensori e Sostenibilità

L’utilizzo dei biosensori sta diventando sempre più importante per promuovere uno stile di vita sostenibile.

Questi dispositivi non solo aiutano a monitorare e migliorare la salute e le prestazioni di noi esseri umani, ma possono anche contribuire a ridurre l’impatto ambientale attraverso la loro capacità di rilevare e monitorare vari parametri ambientali.

Ecco alcuni esempi pratici di come i biosensori possono contribuire alla sostenibilità:

1. Monitoraggio della qualità dell’acqua: i biosensori possono essere utilizzati per monitorare la qualità dell’acqua, rilevando sostanze chimiche come il cloro, il pH e i livelli di contaminazione;
2. Monitoraggio della qualità dell’aria: i biosensori possono essere utilizzati per rilevare la presenza di sostanze inquinanti nell’aria e monitorare i livelli di qualità dell’aria;
3. Monitoraggio dell’efficienza energetica: i biosensori possono essere utilizzati per monitorare l’efficienza energetica degli edifici e delle attrezzature, aiutando a identificare le aree in cui è possibile ridurre i consumi energetici;
4. Monitoraggio della qualità del suolo: i biosensori possono essere utilizzati per monitorare la qualità del suolo, rilevando sostanze chimiche e nutrimenti che possono influire sulla salute delle piante e dell’ecosistema;
5. Monitoraggio della qualità delle colture: i biosensori possono essere utilizzati per monitorare la qualità delle colture, rilevando sostanze chimiche, nutrimenti e malattie che possono influire sulla salute delle piante e sulla qualità del raccolto.

Questi sono solo alcuni esempi di come i biosensori possono essere utilizzati per promuovere uno stile di vita sostenibile. Con l’evoluzione della tecnologia dei biosensori, è sicuro che vedremo sempre più applicazioni che contribuiranno alla sostenibilità ambientale.

Il futuro dei Biosensori

I biosensori stanno diventando sempre più integrati nella vita quotidiana, combinando dispositivi di monitoraggio del fitness, abbigliamento sportivo intelligente e biosensori medici diagnostici.

In futuro, tutte queste applicazioni di rilevamento si baseranno sull’architettura degli organismi viventi per ottenere una maggiore sensibilità di rilevamento, una facile indossabilità e una maggiore accuratezza dei dati.

I biosensori sono quindi una tecnologia in rapida evoluzione che sta cambiando il modo in cui monitoriamo la nostra salute e le nostre prestazioni fisiche.

Con l’integrazione dei biosensori nell’abbigliamento, lo sviluppo di sistemi di alimentazione più affidabili e dei biosensori privi di cellule, questi saranno sempre più presenti nella nostra vita e nei nostri armadi.

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Fonte: https://worldbiomarketinsights.com/sensors-go-bio-for-clothes-and-medicine/