Un appareil portable alimenté par la transpiration pourrait permettre de surveiller la santé de manière continue et personnalisée, aussi facilement que de porter un pansement. Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont mis au point un appareil électronique qui surveille les niveaux de substances chimiques vitales (comme le glucose, les vitamines et même les médicaments) présentes dans la transpiration du bout des doigts, d'où il tire son énergie.
L'avance a été publiée le 3 septembre dans Électronique naturelle par le groupe de recherche de Joseph Wang, professeur au département d'ingénierie chimique et nano de la famille Aiiso Yufeng Li à l'UC San Diego.
L'appareil, qui s'enroule autour du doigt, tire son énergie d'une source inattendue : la sueur du bout des doigts. Malgré leur petite taille, les doigts comptent parmi les plus gros producteurs de sueur du corps, chacun étant doté de plus d'un millier de glandes sudoripares. Ces glandes peuvent produire 100 à 1000 fois plus de sueur que la plupart des autres zones du corps, même au repos. Ce filet constant de transpiration naturelle, sans aucun stimulus ni activité physique, offre une source d'énergie fiable, alimentant l'appareil même pendant les périodes d'inactivité ou de sommeil.
Le dispositif est constitué de plusieurs composants électroniques imprimés sur un matériau polymère fin, flexible et extensible. Sa conception lui permet de s'adapter au doigt tout en étant suffisamment solide pour résister aux flexions, aux étirements et aux mouvements répétés. « Il repose sur une remarquable intégration de composants de récupération et de stockage d'énergie, avec plusieurs biocapteurs dans un microcanal fluidique, ainsi que le contrôleur électronique correspondant, le tout au bout du doigt », a déclaré Wang.
Au cœur de son fonctionnement se trouvent des cellules à biocarburant placées à l'endroit où l'appareil entre en contact avec le bout du doigt. Ces cellules ont été spécialement conçues pour collecter et convertir efficacement les substances chimiques de la sueur en électricité. Cette électricité est stockée dans une paire de batteries extensibles au chlorure d'argent et au zinc, qui alimentent une série de capteurs – quatre au total -, chacun chargé de surveiller un biomarqueur spécifique : le glucose, la vitamine C, le lactate et la lévodopa, un médicament utilisé pour traiter la maladie de Parkinson. Alors que la sueur est acheminée vers ces capteurs à travers de minuscules canaux microfluidiques en papier, l'appareil analyse les niveaux de biomarqueurs, tout en tirant l'énergie dont il a besoin de la sueur même qu'il prélève. Une petite puce traite les signaux des capteurs et transmet sans fil les données via Bluetooth Low Energy à une application pour smartphone ou ordinateur portable conçue sur mesure.
« Il s'agit d'un système de surveillance automatique de la santé à portée de main », a déclaré Shichao Ding, co-auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral au sein du groupe de recherche de Wang à la Jacobs School of Engineering de l'Université de Californie à San Diego. « Le porteur peut être au repos ou endormi, et l'appareil peut toujours récolter de l'énergie et suivre les niveaux de biomarqueurs. »
Lors des tests, un sujet a porté l'appareil tout au long de la journée pour suivre les niveaux de glucose pendant les repas, les niveaux de lactate pendant le travail de bureau et l'exercice, les niveaux de vitamine C pendant qu'il buvait du jus d'orange et les niveaux de lévodopa après avoir mangé des fèves, une source naturelle du composé.
Selon Ding et Tamoghna Saha, co-auteure principale de l'étude, l'appareil peut être personnalisé pour répondre aux besoins de santé de chacun en détectant différents ensembles de biomarqueurs. Les chercheurs travaillent à la mise au point d'un système en boucle fermée qui non seulement surveille les biomarqueurs, mais administre également des traitements en fonction des données collectées. Par exemple, dans le cas du diabète, un tel appareil pourrait surveiller en continu les niveaux de glucose et administrer automatiquement de l'insuline selon les besoins, puis évaluer l'efficacité du traitement en surveillant davantage les niveaux de biomarqueurs.
« Puissance autonome, détection et traitement, le tout dans un seul appareil : c'est le but ultime. »
Shichao Ding, co-premier auteur de l'étude
