Metamateriali flessibili e indossabili: la nuova frontiera delle applicazioni biomedicali e di safety&security

Un metamateriale è un materiale creato artificialmente con una struttura tale da conferirgli particolari proprietà elettromagnetiche. Ciò significa che in un metamateriale le proprietà elettromagnetiche, come la capacità di assorbire o essere trasparente a certe frequenze, sono determinate non tanto dalla composizione, quanto dalla geometria microscopica con cui è stato realizzato.

I metamateriali possono quindi essere disegnati per rispondere in modo voluto a una certa gamma di frequenze dello spettro elettromagnetico, come per esempio quelle appartenenti ai raggi T. Con questo termine dal sapore di fantascienza anni ’50, si definisce la gamma di frequenza dei Terahertz (THz), che sta tra le microonde e l’infrarosso e ha lunghezza d’onda compresa tra 1mm e 0.1mm. invisibili all’occhio umano. I raggi T sono radiazioni non ionizzanti che possono attraversare senza danno i tessuti biologici, ma vengono assorditi dai metalli. A differenza dei campi delle microonde e dell’infrarosso, lo studio delle radiazioni Terahertz e della loro interazione con i materiali è stato a lungo trascurato ma recentemente ha riscontrato notevole interesse, soprattutto per le possibili applicazioni tecnologiche nel campo biomedicale (rilevazione di tumori) e nella sicurezza (body scanner).

Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Elettronica e Telecomunicazioni della Sapienza, coordinato da Fabrizio Frezza, ha realizzato con la collaborazione del CNR- IMM (Istituto per la Microelettronica e Microsistemi) un dispositivo capace di catturare i raggi T e ne ha successivamente verificato le prestazioni con un innovativo sistema di misura. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Scientific Reports.


Schema del metamateriale realizzato

Il team ha realizzato un metamateriale capace di assorbire le frequenze dei THz (MetaMaterial Absorber, MMA) che consiste in un sottile “sandwich” formato da un foglio di polimmide racchiuso tra due strati metallici, in cui quello superiore è stato litografato con una struttura periodica tale da conferire le proprietà volute al metamateriale. Successivamente, lo ha caratterizzato con un sistema di misura appositamente sviluppato.

La scelta della polimmide permette di rendere il metamateriale flessibile e adatto per essere applicato su superfici non planari per coprire oggetti anche di dimensioni significative. Le caratteristiche di assorbimento selettivo di certe frequenze rendono il metamateriale particolarmente adatto per applicazioni come la rivelazione di esplosivi, la creazione di immagini a THz, gli schermi elettromagnetici e la diagnosi medicale. La potenziale flessibilità inoltre apre la strada alla realizzazione di assobitori a metamateriali indossabili.

I metamateriali flessibili e indossabili diventano così la nuova frontiera delle applicazioni biomedicali e di safety&security, ambiti di sviluppo che la ricerca ha appena iniziato a indagare.