Un sensore flessibile integrato in situ su catetere, fabbricato con litografia a proiezione cilindrica, per il monitoraggio continuo della pressione sanguigna in arteria

Perché osservare la pressione sanguigna dall’interno è importante

L’ipertensione danneggia silenziosamente arterie e organi, eppure i medici si affidano ancora per lo più a misurazioni sporadiche con bracciale o a sistemi ingombranti ospedalieri. Questo articolo descrive un nuovo modo di monitorare la pressione sanguigna in modo continuo dall’interno di un’arteria, usando un sensore flessibile dello spessore di un capello fabbricato direttamente su un catetere medico. Per pazienti sottoposti a procedure cardiache o cerebrali, o per chi necessita di sorveglianza ravvicinata in terapia intensiva, un sensore così piccolo ma preciso potrebbe rendere il tracciamento della pressione più sicuro, confortevole e informativo.

Dai tubi fluidi ai cateteri intelligenti integrati

Lo “standard d’oro” clinico odierno per la misurazione continua della pressione sanguigna impiega lunghi tubi riempiti di fluido collegati a un trasduttore di pressione esterno. Pur essendo accurati, questi sistemi possono distorcere l’onda pressoria reale, aumentare il rischio di infezione e limitare la mobilità del paziente. Generazioni precedenti di microchip in silicio montati all’estremità del catetere o sul fianco del tubo hanno migliorato la qualità del segnale ma introdotto nuovi compromessi: l’hardware aggiunge ingombro, i cablaggi e gli involucri impermeabili alterano il profilo liscio del catetere, e ridurre ulteriormente le dimensioni dei chip li rende fragili e meno sensibili. Gli autori di questo studio affrontano questi compromessi abbandonando l’idea di incollare un sensore separato al catetere e invece fabbricando il sensore direttamente sulla superficie esterna del catetere.

Una pelle sottile e flessibile che percepisce la pressione

Il nucleo del nuovo dispositivo, chiamato sensore di pressione interventistico su catetere (CIPS), è un anello di piccole unità sensibili alla pressione che avvolgono il catetere come una pelle elettronica flessibile. Ciascuna unità combina cavità circolari poco profonde incise nella parete del catetere e un “sandwich” sospeso di materiali posto sopra di esse. Quel sandwich è costituito da un foglio di grafene—una forma di carbonio spessa un solo atomo, nota per la sua resistenza e sensibilità elettrica—insieme a due strati molto morbidi di silicone. Quando la pressione sanguigna aumenta intorno al catetere, questo stack si piega leggermente nelle cavità. La resistenza elettrica del grafene cambia con la deformazione, trasformando l’impulso meccanico del flusso sanguigno in un segnale elettrico che può essere letto dall’elettronica esterna.

Cablatura e sigillatura intelligenti per segnali più puliti

Per trasformare questa struttura delicata in uno strumento medico pratico, i ricercatori risolvono due problemi chiave: come raccogliere segnali puliti e come mantenere il sensore affidabile in ambiente liquido. Aggiungono dita metalliche a pettine, chiamate elettrodi interdigitali, sotto la regione sensibile per creare molti percorsi elettrici paralleli. Ciò riduce la resistenza di base, accelerando la risposta del sensore, aumentando la sensibilità e riducendo il rumore elettronico. Contemporaneamente, incapsulano lo strato sensibile in due rivestimenti ultrafini di silicone medicale. Il primo sostiene il fragile grafene durante la fabbricazione; il secondo sigilla microscopici percorsi gassosi che altrimenti provocherebbero drift nelle letture di pressione. Insieme, queste scelte consentono al sensore di rispondere in meno di quattro decimi di secondo, rilevare un ampio intervallo di pressioni che va da valori bassi fino a ben oltre quelli arteriosi normali e distinguere variazioni di pochi millimetri di mercurio.

Progettazione per le torsioni e le curve del corpo

Il dispositivo è costruito usando un processo di litografia a proiezione cilindrica capace di patternare l’elettronica tutto intorno a un piccolo tubo di poche centinaia di micrometri di diametro—più sottile di un millimetro. Scavando le cavità nella parete del catetere invece di impilare strati aggiuntivi sopra, il team preserva un profilo snello, aggiungendo solo circa 15 micrometri di spessore. Questo mantiene il canale interno del catetere completamente aperto per attività standard come la somministrazione di farmaci o la trasmissione di luce per imaging. I test mostrano che l’uscita del sensore rimane stabile sia che il catetere sia dritto sia che sia piegato, e che può sopportare molti cicli di pressione senza affaticamento. La stessa strategia di fabbricazione funziona su cateteri di diametri diversi, suggerendo che potrebbe essere adattata a una varietà di strumenti interventistici.

Dal banco di laboratorio alle arterie viventi

Dopo aver confermato le prestazioni in aria, i ricercatori hanno immerso il catetere in acqua per imitare le condizioni all’interno dei vasi sanguigni. Il sensore ha continuato a tracciare le variazioni di pressione in modo lineare, sebbene con una sensibilità leggermente ridotta a causa della quasi incomprimibilità dei liquidi. La prova decisiva è arrivata nei ratti vivi: il team ha inserito il CIPS nell’aorta addominale attraverso un ago indwelling standard, quindi ha registrato gli impulsi pressori ritmici prodotti del battito cardiaco dell’animale. Il dispositivo ha fornito segnali chiari e ripetibili su molti cicli, segnando la prima dimostrazione di un sensore di pressione a grafene sospeso operante all’interno di un vaso sanguigno vivente. Sebbene gli impianti a lungo termine richiederanno trattamenti superficiali aggiuntivi per resistere all’accumulo di proteine e alla coagulazione, questi esperimenti dimostrano che il concetto è biologicamente e meccanicamente praticabile.

Cosa significa per la cura futura

In termini concreti, gli autori hanno trasformato un semplice catetere in una sonda di pressione intelligente e ultrapiatta avvolgendolo con una pelle di sensori a base di grafene e sigillandola in materiali morbidi e biocompatibili. Il risultato è uno strumento che può rimanere all’interno di un’arteria, seguire le sue curve naturali e riportare in tempo reale variazioni dettagliate della pressione sanguigna senza tubazioni esterne ingombranti. Se tradotta nella pratica clinica, questa tecnologia potrebbe portare a monitoraggi più precisi e meno invasivi durante interventi chirurgici e terapie intensive, e apre la strada a cateteri che combinano più funzioni di rilevamento e trattamento su una singola piattaforma microscopica.

Citazione: Ye, F., Hou, J., Li, X. et al. A cylindrical projection lithography-fabricated flexible on-catheter in situ integrated sensor for continuous in-artery blood pressure monitoring. Microsyst Nanoeng 12, 126 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01242-z

Parole chiave: monitoraggio intravascolare della pressione sanguigna, sensore di pressione al grafene, sensore flessibile su catetere, sistemi microelettronici e meccanici, monitoraggio emodinamico continuo