Dai laboratori di Fisica e Chimica nasce un prototipo basato su Arduino in grado di monitorare il malassorbimento del lattosio tramite il Breath Test. Un esempio perfetto di come la tecnologia possa spiegare i processi del nostro corpo.
Cosa succede quando la biologia umana incontra la microelettronica? All’ITTS “E. Divini” di San Severino Marche, durante l’anno scolastico 2025/2026, un gruppo di studenti dell’indirizzo chimica e materiali ha trasformato una sfida teorica in un dispositivo concreto: un sistema per la rilevazione dell’intolleranza al lattosio, guidati dal prof. Lorenzo Morresi insieme alle prof.sse Lorenza Battistini e Valeria Capri.
Il cuore del problema: la chimica della digestione
L’intolleranza al lattosio non è una malattia, ma una condizione legata alla carenza di lattasi, l’enzima che scinde il lattosio in glucosio e galattosio nell’intestino tenue. Quando questo enzima manca, il lattosio non digerito raggiunge il colon, dove viene fermentato dalla flora batterica. Questo processo produce gas, tra cui l’idrogeno (H2), che passa nel sangue e viene infine espulso attraverso i polmoni.
Proprio su questo principio si basa il cosiddetto Breath Test: misurando la quantità di idrogeno nell’espirato dopo l’ingestione di lattosio, è possibile individuare il malassorbimento.
In questo caso, chimica e fisica mostrano in modo evidente il loro ruolo nello sviluppo di tecnologie biomedicali: da un lato gli enzimi e la fermentazione, dall’altro la diffusione dei gas e la loro rilevazione tramite sensori.
Tecnologia “Made in School”
Per replicare questo test in laboratorio, gli studenti hanno utilizzato componenti accessibili ma efficaci:
- Arduino Nano è il “cervello” del sistema, una scheda di sviluppo versatile programmata in C++.
- Il sensore MiCS-5524 è un dispositivo sensibile ai gas riducenti, capace di rilevare concentrazioni di idrogeno comprese tra 1 e 1000 ppm.
- Il design pratico del prototipo ha previsto l’integrazione del sensore in una comune maschera per aerosol, così da far colpire direttamente l’aria espirata sulla parte sensibile del sensore.
In questo modo, i principi della fisica e della chimica si sono tradotti in tecnologia concreta, dimostrando come la scienza di base sia alla base degli strumenti biomedici.
Dalla calibrazione ai grafici: il metodo scientifico
Il progetto non si è fermato all’assemblaggio del dispositivo. Gli studenti hanno affrontato anche le difficoltà tipiche della ricerca scientifica, come la calibrazione del sensore. Poiché non era possibile utilizzare bombole di gas con flussi certificati, hanno studiato le curve logaritmiche fornite dal produttore per tradurre i segnali elettrici in quantità di H2 espresse in ppm, cioè parti per milione.
Durante i test, i soggetti coinvolti hanno seguito un protocollo rigoroso: 12 ore di digiuno, una misurazione iniziale di base, l’ingestione di latte e monitoraggi costanti ogni 15 minuti per due ore. I dati raccolti sono stati poi elaborati con Excel per visualizzare l’andamento della curva dell’idrogeno.
Risultati e riflessioni
Il prototipo ha dimostrato la sua validità come strumento didattico, mostrando chiaramente i picchi di idrogeno tipici di un test positivo.
“Il nostro sistema non sostituisce un presidio medico”, precisano gli studenti, “ma consente misure qualitative che dimostrano quanto la tecnologia possa essere applicata alla salute”.
In futuro, il progetto punta a integrare anche la rilevazione del metano (CH4) per rendere i risultati ancora più precisi. Si tratta di un’esperienza che ha permesso agli studenti non solo di approfondire il C++ e la chimica organica, ma anche di capire che la scienza è, prima di tutto, curiosità applicata.
“Abbiamo dimostrato la fattibilità della nostra idea e la sua riproducibilità da parte di terzi”. Il sistema non è un presidio medico, ma un potente strumento didattico per unire coding, fisica e salute in un’unica attività di laboratorio.
Perché portarlo in aula?
Questo progetto rappresenta un esempio efficace di didattica orientativa e multidisciplinare. Offre ai docenti l’opportunità di affrontare diversi nuclei tematici.
- Fisica e termodinamica: il passaggio dei gas H2 e CH4 dal colon ai polmoni attraverso il sistema circolatorio per diffusione.
- Chimica biologica: il ruolo degli enzimi nella digestione e la produzione di gas.
- Elettronica e coding: l’integrazione di Arduino Nano per la gestione dei segnali analogici.
- Metodo scientifico: l’analisi delle incertezze, distinguendo tra misure qualitative, come l’andamento della curva, e misure quantitative, che richiedono calibrazioni con flussi controllati.
Condividere la scienza: il progetto aperto ad altre scuole
Il prototipo sviluppato dagli studenti dell’ITTS “E. Divini” non è solo uno strumento didattico per l’istituto, ma anche un’esperienza replicabile in altre scuole. Il progetto dimostra infatti che, in un istituto tecnico e con una guida adeguata, le idee degli studenti possono trasformarsi in tecnologia concreta. Discipline come la fisica e la chimica non restano così semplici concetti teorici sui libri, ma diventano strumenti per comprendere il mondo e progettare soluzioni innovative, anche in ambito biomedico.
Tutte le fasi del progetto, dalle schede di laboratorio al codice Arduino, dalla calibrazione del sensore ai protocolli dei test, sono a disposizione di docenti e studenti interessati. L’obiettivo è favorire una didattica attiva e multidisciplinare, mostrando concretamente come fisica, chimica ed elettronica possano collaborare nello sviluppo di applicazioni biomediche.
Chi desidera realizzare il prototipo o adattarlo alle proprie esigenze può contattare direttamente il prof. Lorenzo Morresi, che fornirà indicazioni dettagliate, materiali e consigli pratici per la replicabilità del progetto.