Materassi e sensori intelligenti per proteggere le pelli più delicate

Le persone che non sono in grado di cambiare posizione in maniera autonoma come neonati, malati e pazienti ospedalizzati, presto o tardi, tendono a sviluppare delle lesioni cutanee causate dalla pressione prolungata sulla pelle.

Soltanto in Svizzera, ogni anno si spendono circa 300 milioni di franchi per il trattamento delle piaghe da decubito – un problema che può condurre a un peggioramento generale dello stato di salute e che fino a poco tempo fa sembrava insormontabile.

Gli scienziati dell’EMPA, però, hanno appena escogitato due brillanti soluzioni che permetteranno di affrontare il problema delle lesioni da pressione in maniera decisamente smart: mentre nel laboratorio di Membrane Biomimetiche e Tessuti di San Gallo si lavora a uno speciale materasso per neonati, il progetto ProTex unisce i ricercatori dell’EMPA, dell’Università di Berna, dell’Università di Scienze Applicate della Svizzera Orientale e della Bischoff Textil AG di San Gallo nello sviluppo di un sistema di sensori tessili “intelligenti” che aiuteranno le persone costrette a letto, prevenendo l’insorgere di lesioni da pressione.

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La strada della prevenzione passa dalla scienza

Quando la nostra pelle è sottoposta a una pressione eccessiva per un lungo periodo di tempo, finisce col danneggiarsi. Quello che ne risulta sono lesioni cutanee note come piaghe da decubito, un problema che riguarda soprattutto le persone che non possono cambiare posizione in maniera autonoma.

Le popolazioni ad alto rischio, in questo contesto, sono soprattutto le persone in sedia a rotelle, gli anziani e alcuni pazienti ospedalizzati, tra cui i neonati nelle unità di terapia intensiva.

Il trattamento di queste lesioni è complesso e piuttosto costoso. “Inoltre”, afferma Simon Annaheim, ricercatore dell’EMPA presso il laboratorio di Membrane Biomimetiche e Tessuti di San Gallo, “le malattie esistenti possono essere aggravate da queste lesioni da pressione“. La strada più sensata da percorrere, secondo il giovane studioso, sarebbe quella di evitare dal principio la formazione di tali ferite.

Il progetto a cui sta lavorando il ricercatore dell’EMPA si concentra in particolare sulle esigenze dei neonati. Le caratteristiche della pelle, infatti, sono completamente diverse da un’età all’altra: se per gli adulti i principali fattori di rischio sono l’attrito della pelle sulla superficie e la mancanza di traspirabilità dei tessuti, quando si parla di neonati i problemi sono di tutt’altro tipo.

Secondo Simon Annaheim, i materassi convenzionali non sono adatti ai bebé che non possono muoversi autonomamente. Il suo team sta quindi lavorando con i ricercatori del Politecnico di Zurigo, dell’Università di Scienze Applicate di Zurigo (ZHAW) e dell’Ospedale Pediatrico Universitario di Zurigo per trovare una superficie di riposo ottimale per la pelle delicata dei neonati.

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Un materasso speciale per l’epidermide dei neonati

Per sviluppare un materasso capace di adattarsi alle esigenze individuali dei neonati ospedalizzati, i ricercatori hanno iniziato determinando le condizioni di pressione nelle varie regioni del corpo dei bambini molto piccoli: “I nostri sensori di pressione hanno mostrato che la testa, le spalle e la parte inferiore della colonna vertebrale sono le aree a maggior rischio di piaghe da decubito“, spiega ancora Annaheim.

A partire da questo assunto, i ricercatori hanno sviluppato uno speciale materasso ad aria composto di tre camere che, con l’aiuto di sensori di pressione e un microprocessore, possono essere gonfiate con precisione tramite una pompa elettronica riducendo al minimo la pressione esercitata sulle diverse zone del corpo.

Grazie a un processo laser a infrarossi sviluppato all’EMPA, è stato possibile produrre il materasso utilizzando una membrana polimerica flessibile e multistrato, delicata sulla pelle e priva di cuciture irritanti.

Dopo lo sviluppo in laboratorio, si è passati alla pratica. E l’esito dei test è stato più che promettente: rispetto a un materasso in schiuma, il prototipo ha ridotto la pressione sulle parti vulnerabili del corpo fino al 40 per cento. Non resta che ampliare la portata dello studio: presto inizierà un’indagine più ampia presso il Dipartimento di Medicina Intensiva e Neonatologia dell’Ospedale Pediatrico Universitario di Zurigo.

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Sensori intelligenti per prevenire le lesioni da decubito

Il secondo progetto in cantiere all’EMPA si concentra sulle esigenze degli adulti, partendo da un concetto molto basilare: la chiave è convertire i fattori di rischio dei disturbi pressori in segnali di allarme che siano utili agli operatori.

Quando si resta a lungo nella stessa posizione, seduta o sdraiata, i problemi di pressione e circolazione provocano una carenza di ossigeno nei tessuti: nelle persone in grado di muoversi liberamente questo innesca un riflesso di movimento che porta il soggetto a cambiare posizione. Nelle persone con paraplegia o coma, però, questo feedback neurologico può essere interrotto.

In questi casi, il rischio di danni ai tessuti può essere segnalato tempestivamente da sensori intelligenti come quelli sviluppati nel progetto ProTex, che coinvolge ricercatori dell’EMPA, dell’Università di Berna, dell’Università di Scienze Applicate della Svizzera Orientale (OST) e della Bischoff Textil AG di San Gallo.

Il nuovo sistema di sensori è costituito da tessuti intelligenti associati a dispositivi di analisi dei dati in tempo reale. “I sensori tessili compatibili con la pelle contengono due diverse fibre polimeriche funzionali“, spiega Luciano Boesel del laboratorio Membrane Biomimetiche e Tessili dell’EMPA di San Gallo.

Oltre alle fibre sensibili alla pressione, i ricercatori hanno integrato fibre polimeriche conduttrici di luce (POF) che permettono di misurare l’ossigeno: “Non appena il contenuto di ossigeno nella pelle diminuisce, il sistema di sensori segnala un rischio crescente di danni ai tessuti“, spiega Boesel.

I dati vengono trasmessi direttamente al paziente o al personale infermieristico, permettendo di intervenire prima che il tessuto venga danneggiato.

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ProTex: sensori tessili e fibre ottiche per i futuri tessuti smart

I sensori ProTex possono essere integrati in indumenti come biancheria o calze e sono in grado di misurare la pressione e la saturazione di ossigeno della pelle e dei tessuti con cui sono a contatto.

Quando il contenuto di ossigeno diminuisce e i sensori rilevano il rischio di lesioni, si attiva un segnale di allarme. “I nostri sensori rappresentano un nuovo approccio ai sensori portatili e sono anche un passo importante verso un abbigliamento ‘intelligente‘”, spiega Ursula Wolf dell’Università di Berna.

In questo progetto, l’Università di Scienze Applicate della Svizzera Orientale fornisce le interfacce miniaturizzate per le fibre ottiche, mentre l’EMPA contribuisce con le fibre ottiche POF, realizzate tramite un nuovo processo microfluidico di filatura a umido sviluppato dall’Università. “Nessuno di noi potrebbe portare avanti il progetto da solo“, spiega Boesel.

Il nuovo metodo di produzione del POF è uno dei tre brevetti emersi nell’ambito del progetto ProTex: un’evoluzione importante, che consente un controllo dei componenti polimerici nell’ordine dei micrometri e una lavorazione più ecologica delle fibre.

Un altro interessante brevetto nato dagli studi per il progetto ProTex è un sensore tessile traspirante che può essere indossato direttamente sulla pelle e che è già prossimo ad essere lanciato sul mercato dallo spin-off bernese Sensawear.

Insomma, la ricerca corre veloce, e gli scienziati non nascondono la propria soddisfazione: “I risultati e le tecnologie di ProTex consentiranno in futuro ulteriori applicazioni nel campo della tecnologia dei sensori indossabili e dell’abbigliamento intelligente“, afferma convinto Boesel.

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