Les capteurs portables peuvent aider à prévenir les problèmes de santé critiques en surveillant continuellement les facteurs physiologiques en temps réel. Plus précisément, la surveillance de la transpiration peut fournir des informations précieuses sur l'équilibre électrolytique et la santé globale. La concentration en sodium dans la sueur est un indicateur clé de l'hydratation et des performances musculaires. Les matériaux à couches minces, tels que les nanotubes de carbone (NTC) et les membranes sélectives ioniques (ISMS), sont devenus au cœur du développement de capteurs de sueur portables. Les NTC offrent une flexibilité mécanique élevée et une conductivité électrique, et les ISMS permettent une détection non invasive d'ions spécifiques en sueur.
Malheureusement, les ISM sont intrinsèquement hydrophobes, ce qui signifie qu'ils repoussent l'eau et, par extension, la transpiration. Cela conduit à une faible stabilité et une réactivité du signal. De plus, le mouvement du corps et la friction interfèrent souvent avec les lectures du capteur, c'est pourquoi la plupart des capteurs de transpiration reposent sur un contact serré avec la peau ou les adhésifs. Cependant, le contact serré peut entraîner une gêne des utilisateurs, tandis que l'utilisation de l'adhésif à long terme peut avoir un impact négatif sur la santé de la peau, entraînant des infections, une irritation et d'autres risques.
Pour relever ces défis, une équipe de recherche, dirigée par le doctorat. L'étudiant Marc Josep Montagut Marques du Département de bioscience intégrative et de génie biomédical à l'Université Waseda au Japon, a développé un nouvel ISM bio-inspiré. « Inspirés par les pétales de rose, nous avons conçu un ISM microtexturé qui améliore la mouillabilité et présente des propriétés autonettoyantes,« Explique Marques. »Cela nous a permis d'éviter le contact du capteur avec la peau, contrairement aux capteurs conventionnels qui nécessitent des patchs collants qui nécessitent un remplacement fréquent.«
L'équipe comprenait un étudiant de maîtrise Takayuki Masuji de l'Université Waseda, le professeur adjoint Mohamed Adel de l'Université Helwan en Égypte, le professeur Ahmed M. Fath El-Bab de l'Université des sciences et de la technologie égyptienne de l'Égypte, et le professeur adjoint Kayo Hirose et le Dr Kanji Uchida de l'hôpital de l'Université de Topyo au Japon. Leur étude a été publiée dans la revue Cyborg et Systèmes bioniques le 5 août 2025.
Les pétales de rose ont un comportement de mouillage unique. Lorsqu'elles sont exposées à de petites quantités d'eau, elles sont hydrophiles, permettant aux gouttelettes de coller. Mais lorsque la quantité d'eau dépasse un certain seuil, leurs surfaces deviennent hydrophobes, déclenchant un effet autonome qui repousse toute l'eau. En étudiant le microtexture des pétales de rose, l'équipe a constaté que les pétales intérieurs disposent de micro-linges fins, tandis que les pétales extérieurs avaient des îles polygonales entourées de rides et de protubérances en forme de pointe au centre.
En utilisant des moules des deux types de pétales, l'équipe a fabriqué deux ISM à base de chlorure de polyvinyle (PVC) superposés sur des substrats CNT-forêts CNT: Capteur a reproduit le microtexture des pétales intérieurs, et le capteur B imitait les pétales extérieurs. Les deux capteurs ont démontré une rétention d'eau significativement améliorée dans des conditions statiques par rapport aux ISMS conventionnels. Notamment, le capteur A a montré la rétention d'eau la plus élevée, ce qui le rend adapté à la surveillance de la transpiration pendant le mouvement. De plus, les deux capteurs ont démontré l'effet autonettoyant lorsqu'ils sont exposés à des niveaux d'eau élevés et ont montré une activité électrochimique accrue.
Pour démontrer leur potentiel, les chercheurs de surveillance de la transpiration portable imprimés en 3D en 3D utilisant ces capteurs. Ces appareils ont utilisé des microcanaux pour transporter la sueur vers les capteurs, avec un espace de 2 millimètres pour éviter le contact cutané, Réduire l'irritation cutanée et améliorer le confort de l'utilisateur. Dans les tests de fonctionnement, les appareils ont surveillé avec précision les concentrations de sodium dans la sueur, indiquant une perte d'électrolyte. Grâce à la caractéristique autonettoyante, les capteurs ont également démontré un mécanisme de circulation de la transpiration, dans lequel pendant les périodes de production à faible émission, les capteurs ont conservé le liquide dans les canaux et une fois que les niveaux de transpiration ont augmenté au-dessus d'une limite, ils ont déclenché le processus d'autonomie. Ce mécanisme garantit la stabilité du signal et empêche la formation de bulles qui peuvent provoquer des pointes de signal soudaines.
« Nos capteurs offrent une méthode pratique pour la surveillance de la transpiration. Ils ne nécessitent pas de contact direct avec la peau, peuvent être nettoyés et réutilisés, et conviennent aux appareils portables comme les montres intelligentes,« Souligne Marques. «Ces capteurs peuvent également être intégrés dans les membres prothétiques et les exosquelettes, informant les systèmes de rétroaction intelligents pour empêcher la surexertion.«
Les capteurs innovants d'inspiration rose-pétale présentent une étape prometteuse vers le développement de systèmes de surveillance de la transpiration portable confortables, durables et précis.
