Un transistor “a base di dentifricio” per rendere l’elettronica edibile, il progetto dell’IIT: come funziona

Un transistor commestibile a base di pigmenti presenti nel dentifricio per monitorare lo stato di salute del corpo umano dall'interno: è l'idea alla base della creazione di un gruppo di ricercatori dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Milano guidato da Elena Feltri, che hanno creato un transistor a partire dalla ftalocianina di rame, usato come sbiancante nei dentifrici. Un'idea potenzialmente rivoluzionaria, che apre a nuove frontiere nel campo dell'ingegneria biomedica e dell'elettronica organica. Potremmo infatti essere agli albori dell'era delle pillole intelligenti, progettate per controllare gli organi da vicino per poi dissolversi in modo sicuro dopo aver svolto la loro funzione. Per comprenderne però il funzionamento, è necessario compiere un passo indietro.

Come funziona il transistor commestibile "a base di dentifricio"

La chiave del progetto dell'IIT risiede nella ftalocianina di rame. Si tratta di un pigmento blu utilizzato come agente sbiancante nei dentifrici. Attraverso degli studi condotti in collaborazione con esperti odontoiatrici dell'Università di Novi Sad in Serbia, il team di ricercatori ha scoperto che gli esseri umani ingeriscono in media circa 1 milligrammo di questo composto ogni volta che si lavano i denti.

«Con la quantità di ftalocianina di rame che ingeriamo ogni giorno, potremmo teoricamente produrre circa 10.000 transistor commestibili,» commenta Elena Feltri, dottoranda presso il CNST dell'IIT. La struttura chimica della ftalocianina di rame consente infatti una conduzione efficace della carica elettrica, rendendola perfetta per le applicazioni elettroniche.

Ecco spiegata la logica con cui il team ha integrato piccole quantità di questo pigmento all'interno di una struttura già testata per i circuiti commestibili. In questo modo sono stati costruiti dei dispositivi su un substrato di etilcellulosa, sfruttando una tecnologia a getto d'inchiostro per stampare contatti elettrici con particelle d'oro (indispensabili per la trasmissione dei contatti elettrici).

Il tutto è reso possibile dal "gate", vale a dire la componente che controlla se e come circola il flusso di corrente all'interno del transistor. Nel caso specifico è realizzato con un gel elettrolitico a base di chitosano, un gelificante derivato dai crostacei. Questo permette al dispositivo di funzionare a tensioni inferiori a 1 V, rendendolo adatto per applicazioni sanitarie e alimentari.

L'obiettivo del progetto dell'IIT di Milano

Il prossimo passo del gruppo di ricerca sarà individuare altre sostanze edibili che possano avere le giuste caratteristiche chimico-fisiche utili a creare un dispositivo elettronico intelligente e commestibile, da utilizzare in ambito sanitario, come il monitoraggio dei parametri corporei del tratto gastrointestinale.

L'obiettivo finale è dunque creare dispositivi elettronici commestibili che possano essere utilizzati nel monitoraggio della salute, ma anche nel controllo qualità nell'industria alimentare. Un aspetto, quest'ultimo, di estrema attualità visto l'aumento di patologie nel mondo occidentale legato alla lavorazione degli alimenti di derivazione industriale.

Che cos'è un transistor e a cosa serve

Il transistor, il cui nome deriva dalla crasi delle parole inglesi transconductance e varistor, è un componente elettronico realizzato con materiali semiconduttori come silicio e germanio. Al corpo del transistor sono collegati tre terminali utilizzati per connettere il dispositivo al circuito esterno: applicando una tensione elettrica a due dei terminali è possibile regolare il flusso di elettroni che attraversa il transistor stesso, potendo così amplificare il segnale in ingresso (ovvero far sì che la tensione o la corrente elettrica in uscita sia superiore a quella in entrata).

Ecco perché il transistor trova utilizzo all'interno di un circuito elettrico come amplificatore o come interruttore ed è diventato la base di qualsiasi dispositivo elettronico. Nel primo caso, sfruttando le proprietà fisiche dei materiali semiconduttori, può trasformare la corrente (o la tensione) in ingresso in un segnale dotato di maggior potenza. Un esempio pratico è dato dagli apparecchi acustici per persone con deficit uditivi. Questi dispositivi, infatti, sono dotati di un piccolissimo microfono in grado di captare i suoni nelle vicinanze e, grazie a un transistor, amplificarne il volume direttamente all'interno del padiglione auricolare della persona.

Nel secondo caso, invece, il dispositivo può amplificare il segnale in ingresso o annullarlo. Come interruttore, il transistor permette o impedisce il transito della corrente all'interno del circuito elettrico: il sistema può dunque assumere il valore binario di "0" o "1", permettendo di realizzare i circuiti elettronici digitali alla base della logica booleana. In questa sua veste è utilizzato in campo informatico: ogni microchip (processore o memoria) è composto da miliardi di transistor che permettono di archiviare dati o eseguire le istruzioni e gli algoritmi dei vari software informatici.

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