Una memoria organica ad alte prestazioni che si dissolve in acqua promette di ridurre i rifiuti elettronici: la svolta arriva dalla Corea con il polimero PCL-TEMPO.
Nel mondo si producono ogni anno oltre 62 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici. Un problema ambientale crescente, aggravato dalla diffusione di dispositivi monouso, patch indossabili e sensori impiantabili. Per rispondere a questa sfida, un team congiunto del Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha sviluppato un materiale innovativo capace di unire elevate prestazioni elettroniche a una completa biodegradabilità.
Il risultato è una memoria organica che non solo immagazzina informazioni in modo efficiente, ma si dissolve in acqua in pochi giorni, contribuendo alla riduzione dei rifiuti elettronici. Il dispositivo è basato su un nuovo polimero radicalico chiamato PCL-TEMPO, formato dall’unione tra TEMPO (una molecola organica in grado di immagazzinare segnali elettrici) e il poli(ε-caprolattone), un polimero biodegradabile.
Questa struttura consente al materiale di combinare resistenza meccanica, trasparenza ottica e capacità memristiva (da “memristore”, e indica un componente elettronico la cui resistenza varia in base alla quantità di corrente che vi è passata in precedenza, e mantiene memoria di questo stato anche dopo che l’alimentazione è stata tolta), con la possibilità di autodistruggersi fisicamente in ambiente acquoso. I ricercatori hanno dimostrato che i dispositivi realizzati con questo materiale possono funzionare per oltre 250 cicli di scrittura e cancellazione, mantenere i dati per più di 10.000 secondi e resistere a oltre 3.000 piegamenti senza perdita di prestazioni. Tutte caratteristiche che li rendono ideali per applicazioni biomedicali o in dispositivi usa e getta, riducendo drasticamente il loro impatto ambientale.
Rifiuti elettronici e memoria organica: una sfida superata
Finora, i dispositivi elettronici biodegradabili avevano mostrato limiti importanti, tra cui bassa capacità di memorizzazione, prestazioni poco affidabili e scarsa resistenza alle sollecitazioni meccaniche. Il polimero PCL-TEMPO supera questi ostacoli integrando le capacità memristive direttamente nella struttura molecolare del materiale.
I test condotti hanno dimostrato una netta separazione tra stati ON e OFF in oltre un milione di cicli di commutazione, un rapporto di resistenza superiore a 10⁶ e una tenuta del segnale senza deterioramenti anche dopo numerosi stress meccanici.
Questo consente di immaginare applicazioni in ambito sanitario, come impianti temporanei che si degradano senza bisogno di rimozione chirurgica, oppure in strumenti diagnostici monouso o sensori biodegradabili per monitoraggio ambientale. La degradazione avviene in condizioni ambientali dolci (acqua deionizzata a temperatura ambiente) e può essere regolata attraverso lo spessore e la composizione dello strato protettivo, senza lasciare residui. Il polimero è risultato anche biocompatibile: test condotti su cellule fibroblastiche di topo non hanno mostrato tossicità, nemmeno alle concentrazioni più elevate.
Il team ha inoltre sviluppato versioni del dispositivo con substrati biodegradabili come il PLA e con elettrodi in molibdeno, materiali che a loro volta si dissolvono in acqua, completando il ciclo di disassemblaggio sostenibile.
Dispositivi elettronici transitori per ridurre i rifiuti elettronici
L’adozione di dispositivi elettronici transitori è oggi una delle strategie più promettenti per affrontare il problema dei rifiuti elettronici. Questi dispositivi, progettati per dissolversi dopo l’uso, evitano l’accumulo di materiali complessi difficili da riciclare. In questo contesto, la ricerca del KIST rappresenta un punto di svolta.
Il dispositivo a base di PCL-TEMPO è il primo a integrare una memoria organica ad alte prestazioni con la capacità di autodistruzione fisica, senza necessità di agenti chimici o condizioni ambientali estreme. Rispetto ad altri materiali biodegradabili sperimentati in precedenza (come albumina, cellulosa o chitosano), il nuovo polimero dimostra prestazioni superiori in ogni parametro chiave: stabilità, cicli di uso, tempo di ritenzione del segnale e degrado in acqua.
Le potenziali applicazioni spaziano dai sensori per la diagnostica ai sistemi di sorveglianza monouso, dalle interfacce neurali biodegradabili a supporti per il calcolo neuromorfico. Inoltre, l’architettura flessibile e trasparente del dispositivo apre la strada a nuove soluzioni nei settori biomedicale, militare e ambientale.
Una svolta per l’elettronica sostenibile
Il progetto non si limita a un singolo prototipo. I ricercatori coreani stanno già esplorando l’estensione della tecnologia ad altri polimeri, come policarbonati e polipeptidi, con funzionalità aggiuntive come la risposta alla luce o l’autoriparazione. L’obiettivo è realizzare una nuova generazione di dispositivi elettronici “intelligenti e temporanei”, che combinino efficienza e sostenibilità.
Una delle caratteristiche più rilevanti del polimero PCL-TEMPO è la sua capacità di essere disattivato selettivamente tramite strategie di incapsulamento, prolungando la durata in ambiente umido o fisiologico. Anche in caso di uso in ambienti altamente umidi o all’interno del corpo umano, il dispositivo mantiene performance stabili, e l’uso di rivestimenti come PDMS (polidimetilsilossano, un polimero siliconico molto usato in campo scientifico, medico ed elettronico) permette di controllare e ritardare la degradazione.
Tutto questo riduce anche il rischio di effetti collaterali, come la tossicità dei sottoprodotti, mantenendosi ampiamente sotto le soglie critiche. L’integrazione di queste tecnologie in dispositivi a breve ciclo di vita rappresenta una delle chiavi per ridurre i rifiuti elettronici e spingere verso una vera transizione ecologica dell’elettronica. Una rivoluzione che parte dalle molecole e arriva fino ai sistemi integrati, per rispondere con innovazione al problema globale dell’e-waste.
