La peau humaine est le plus grand organe du corps. Il protège également les tissus vivants internes et d’autres organes, régule la température corporelle et métabolise même la vitamine D. Des études suggèrent que les maladies de la peau modifient la composition moléculaire et microbienne de la peau humaine, ce qui en fait une riche source d’informations sur notre santé physique.
Masoud Agah, professeur du Virginia Microelectronics Consortium, directeur fondateur de Virginia Nanotechnology Networked Infrastructure et chercheur au Bradley Department of Electrical and Computer Engineering de Virginia Tech, a reçu une subvention de près de 400 000 $ de la National Science Foundation (NSF) qui vise à développer un nouvel échantillonneur de parfum de peau. Agah collaborera avec des chercheurs irlandais pour développer ce nouveau dispositif biomédical.
L’échantillonneur de parfum de peau proposé, nommé SenSorp, aura la capacité de surveiller la quantité de composés organiques volatils (COV) collectée en temps réel. Les COV cutanés, présents à la surface de la peau, sont dérivés des sécrétions des glandes et de leurs interactions avec des micro-organismes externes. Ils peuvent donner un aperçu de la santé d’un individu et offrir une voie non invasive pour sonder la biochimie du corps. Les tests des sécrétions des glandes cutanées ont détecté plus de 500 composés, dont des aldéhydes (souvent utilisés comme insecticides pour les plantes et les légumes), des acides carboxyliques, des alcools, des cétones et des dérivés d’ammoniac ou d’amines.
Des recherches récentes ont mis en évidence le lien entre les composés volatils de la peau et le passage potentiel de composés des vaisseaux sanguins, les influences alimentaires et l’activité métabolique liée à l’âge. De plus, des recherches ont montré que les chiens ont la capacité olfactive de détecter la présence de COVID-19 à partir des émissions volatiles du corps. Par conséquent, les chercheurs ont identifié la peau et les COV comme des ressources importantes lorsqu’il s’agit d’identifier les problèmes de santé et de détecter certaines maladies.
L’échantillonneur de parfum de peau Sensorp, ainsi que sa clé intelligente, qui mesure les COV collectés en temps réel, informe l’utilisateur via une application mobile lorsque la collecte des odeurs de peau est terminée. Cette communication est réalisée par le circuit électronique intégré de l’appareil.
L’objectif ultime de ce nouveau capteur cutané est parallèle à celui d’un test COVID à domicile. Les consommateurs s’attendent à des options peu invasives, abordables et pratiques pour leurs besoins en soins de santé. Des appareils comme Sensorp répondent à ce besoin et sont bénéfiques pour réduire le fardeau des prestataires de soins de santé et des systèmes hospitaliers.
SenSorp permet aux soignants, aux parents d’enfants malades et aux cliniciens des maisons de retraite, entre autres, d’administrer le test et d’envoyer le kit de test à un laboratoire pour analyse.
Agah a plus de 20 ans d’expérience dans l’application de concepts d’ingénierie électrique et informatique à des projets de recherche en génie biomédical. Pour ce projet, le responsable de la faculté Micro Electro-Mechanical Systems contribuera à la conception et à la fabrication de ces nouveaux dispositifs. Plus précisément, Agah développera l’emballage imprimé en 3D unique de SenSorp avec un mécanisme de verrouillage rotatif ainsi que le module d’injection automatique SenSorp, qui libérera l’échantillon collecté sous la forme d’un bouchon pointu dans les systèmes de chromatographie en phase gazeuse. Une fois ces deux pièces d’équipement fabriquées, Agah les enverra aux autres membres de l’équipe.
Ce projet de recherche collaborative fait appel à l’expertise de deux chercheurs universitaires irlandais. Le co-chercheur principal Hamza Shakeel est professeur adjoint à l’École d’électronique, de génie électrique et d’informatique de l’Université Queen’s à Belfast. Il connaît bien les capteurs de gaz des systèmes micro-électromécaniques et aidera à évaluer les COV émis par la peau et absorbés par SenSorp. De plus, Shakeel participera au développement et à l’évaluation du futur appareil portable, y compris le conditionnement du signal proposé et la transmission Bluetooth des données vers un ordinateur portable ou un smartphone.
Shakeel, un ancien doctorant d’Agah, a obtenu son diplôme du département de génie électrique et informatique de Virginia Tech en 2015. Agah s’est dit enthousiasmé par l’opportunité de travailler avec Shakeel à un nouveau poste.
« Il est l’inventeur de certaines des technologies que nous avons développées ici à Virginia Tech et que nous utiliserons dans cette recherche », a déclaré Agah. « Il travaille sur des capteurs à faible coût pour la surveillance des gaz, et nous avons pensé que ce serait une excellente occasion de commencer un nouveau type de collaboration. Le projet NSF financé utilise notre technologie pour la collecte des odeurs cutanées et utilise son capteur pour déterminer combien de temps cette collection d’odeurs devrait continuer. »
Aoife Morrin, co-chercheur principal, est professeur associé de chimie analytique à la School of Chemical Sciences de la Dublin City University. Elle est experte dans le domaine des capteurs chimiques et de la chimie des matériaux pour les applications biomédicales et environnementales, en particulier les capteurs épidermiques. Pour ce projet de recherche, Morrin validera la technologie Sensorp en tant qu’échantillonneur d’odeurs cutanées fiable pour différencier les odeurs humaines par chromatographie en phase gazeuse et analyse par spectrométrie de masse. Elle se réjouit de l’impact que cette recherche aura sur l’amélioration de la santé dans le monde.
La perspective de trouver de nouveaux biomarqueurs que nous pouvons collecter de manière non invasive à partir de notre peau est très séduisante – ; il a le potentiel de relever un énorme défi dans le diagnostic de la santé aujourd’hui. J’ai hâte de travailler avec Masoud et l’équipe de Belfast pour voir quoi et comment nous pouvons contribuer en collaboration à ce domaine passionnant. »
Aoife Morrin, co-chercheuse principale
Plusieurs étudiants diplômés en génie électrique et informatique participent également au projet et ont apprécié d’acquérir une expérience pratique tout au long du processus de recherche. Nipun Thamatam est un assistant de recherche diplômé en génie électrique et travaille directement avec Agah sur le projet Sensorp. Son objectif principal sera de travailler sur des préconcentrateurs microfabriqués qui collectent des échantillons à très faible concentration pour les rendre détectables.
« Le Dr Agah exprime régulièrement ce qu’un appareil pourrait être ou faire dans 10 ans au lieu de ce qu’il sera bientôt », a déclaré Thamatam. « Nos conversations m’incitent à réfléchir plus profondément au problème plutôt que de me limiter à une seule solution. Son appréciation et son soutien à l’innovation me donnent une grande liberté créative pour exécuter des idées nouvelles et non conventionnelles. »
Dans les années à venir, Agah et son équipe espèrent utiliser cette même technologie pour exploiter le marché des dispositifs médicaux portables, qui devrait atteindre 196 milliards de dollars d’ici 2030, selon Grand View Research. L’objectif est de développer éventuellement une puce semi-conductrice portable qui recueille l’odeur de notre peau pendant un certain temps. L’odeur collectée peut ensuite être analysée à l’aide d’équipements de laboratoire sophistiqués ou de capteurs à faible coût pour détecter les changements de signes d’une éventuelle maladie physique ou mentale.
En plus de la recherche et du développement proposés de ce nouveau capteur cutané, Agah et son équipe créeront des démonstrations du système dans le cadre de la sensibilisation éducative du programme Virginia Tech Pre-College Initiative, géré par le College of Engineering’s Center for the Enhancement of Diversité d’ingénierie. L’objectif de ces modèles de capteurs cutanés est d’initier les élèves du secondaire aux sciences et à l’ingénierie avancées et de les aider à établir des liens avec la manière dont ces disciplines peuvent être fusionnées pour résoudre des problèmes du monde réel.
Agah envisage un jour dans le futur où les acheteurs pourront utiliser l’un de ces patchs cutanés semi-conducteurs dans leur pharmacie ou leur épicerie locale.
« Imaginez – ; pendant que vous faites vos courses, il recueille votre odeur de peau, puis vous pouvez l’insérer dans un micro chromatographe en phase gazeuse pour effectuer une analyse instantanée », a-t-il déclaré. « La pandémie de COVID-19 nous a montré que nous devons avoir accès à de nouvelles technologies que nous pouvons développer rapidement, déployer en masse, puis utiliser ces technologies pour surveiller notre santé individuelle et prévenir la propagation des maladies. Cette recherche est un appel direct à ces défis. »
