Elettronica stampata “à la carte”

Nuovi dispositivi elettronici performanti grazie al grafene e altri materiali bidimensionali (2D) potrebbero rivoluzionare alcuni settori importanti della sanità come il monitoraggio da remoto dei pazienti e a lungo termine di malattie degenerative. In particolare, le nuove tipologie di dispositivi elettronici flessibili potrebbero un giorno sostituire le procedure invasive come l’impianto di elettrodi cerebrali per monitorare le condizioni degenerative che colpiscono il sistema nervoso.

Un nuovo capitolo, dunque, potrebbe aprirsi per la sanità grazie all’importante studio svolto dai ricercatori dell’Imperial College di Londra, del Politecnico di Torino e dell’Università di Catania. Una ricerca guidata dal prof. Felice Torrisi, docente del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’ateneo catanese e dell’Imperial College.

Lo studio – dal titolo “Charge transport mechanisms in inkjet-printed thin-film transistors based on two-dimensional materials” - pubblicato sulla prestigiosa rivista internazionale Nature Electronics, rivela i meccanismi fisici responsabili del trasporto di elettricità in dispositivi elettronici stampati realizzati con materiali 2D, come il grafene. Il lavoro permette di identificare, per la prima volta, quali proprietà dei materiali 2D devono essere ottimizzate per ottenere dispositivi elettronici performanti, consentendo la progettazione di una nuova classe di elettronica flessibile e stampata ad alte prestazioni.

«I chip di silicio sono i componenti alla base della maggior parte dell’elettronica di consumo, dai fitness tracker agli smartphone – spiega il prof. Torrisi, a capo del progetto -. Tuttavia la loro natura rigida ne limita l’uso in elettronica flessibile. I materiali 2D, invece, sono costituiti da strati dello spessore di uno o pochi atomi, possono essere dispersi in soluzione e formulati in inchiostri stampabili, producendo così film ultrasottili estremamente flessibili, trasparenti e con nuove proprietà elettroniche. Questo rende possibili nuovi tipi di dispositivi, integrati in materiali flessibili ed estensibili, come vestiti, o anche tessuti nel corpo umano».

«Questo studio dimostra come la carica elettronica viene trasportata in diversi film di materiali 2D stampati a getto d'inchiostro in funzione dei cambiamenti di temperatura, campo magnetico e campo elettrico e, di conseguenza, ne amplia il campo d’applicazione – aggiungono i ricercatori -. Il team ha studiato tre tipi tipici di materiali 2D: grafene, bisolfuro di molibdeno e carburo di titanio (MXene) e ha mappato come il comportamento del trasporto di carica elettrica è cambiato in queste diverse condizioni».

«I nostri risultati hanno un enorme impatto sul modo in cui comprendiamo il trasporto attraverso reti di materiali bidimensionali – ha spiegato sempre il prof. Felice Torrisi -.  Adesso sarà possibile, non solo la progettazione controllata di elettronica stampata innovativa a base su materiali 2D, ma anche la nascita di nuove tipologie di dispositivi elettronici flessibili».

Ed è lo stesso docente etneo ad illustrare i possibili impieghi di questa nuova ricerca. «Il nostro lavoro apre la strada a dispositivi indossabili affidabili adatti per applicazioni biomediche, come il monitoraggio remoto dei pazienti, o dispositivi bio-impiantabili per il monitoraggio a lungo termine di malattie degenerative o processi di guarigione – spiega il prof. Felice Torrisi -. Questi dispositivi futuri potrebbero un giorno sostituire le procedure invasive come l'impianto di elettrodi cerebrali per monitorare le condizioni degenerative che colpiscono il sistema nervoso. Un dispositivo flessibile realizzato con materiali 2D potrebbe essere integrato con il sistema nervoso centrale e fornire un monitoraggio costante, mentre ad oggi si utilizzano elettrodi, impiantati solo temporaneamente, piuttosto scomodi per il paziente».

«Altre potenziali applicazioni sanitarie includono dispositivi indossabili per il monitoraggio dell'assistenza sanitaria, ovvero dispositivi come gli smart watch, ma più integrati con il corpo, che forniscono dati sufficientemente accurati da consentire ai medici di monitorare i pazienti a distanza, senza portarli in ospedale» aggiunge il ricercatore catanese.

Queste “relazioni” scoperte dal team tra il tipo di materiale 2D e i parametri di controllo sul trasporto di carica elettrica potranno inoltre aiutare altri ricercatori a progettare dispositivi 2D stampati e flessibili con le proprietà desiderate. Il potenziale di questa scoperta è molto vasto e potrebbe gettare le basi per la progettazione di componenti elettronici completamente nuovi, impossibili da realizzare con i chip di silicio, come dispositivi trasparenti o che modificano e trasmettono la luce in maniera efficiente.

In foto il prof. Felice Torrisi e una immagine che sintetizza lo studio

Press release dell’Imperial College 

Articolo su Nature Electronics