Des capteurs imprimés sur la peau : vers une nouvelle ère de la santé connectée ?

Des chercheurs anglais ont mis au point une méthode innovante pour imprimer des capteurs adaptatifs et écologiques directement sur diverses surfaces biologiques, qu’il s’agisse d’un doigt ou d’un pétale de fleur. Cette technique, inspirée par la soie d’araignée, pourrait transformer de nombreux domaines, de la santé à la réalité virtuelle.

Une méthode inspirée par la soie d’araignée

Les chercheurs de l’Université de Cambridge ont développé une méthode inspirée par la soie d’araignée, capable de se conformer et d’adhérer à une variété de surfaces. Ces «soies d’araignée» intègrent également des bioélectroniques, permettant d’ajouter différentes capacités de détection à la « toile ».

Les fibres, au moins 50 fois plus petites qu’un cheveu humain, sont si légères que les chercheurs les ont imprimées directement sur la tête de graine duveteuse d’un pissenlit sans en effondrer la structure. Lorsqu’elles sont imprimées sur la peau humaine, les fibres se conforment à la peau et exposent les pores de sueur, rendant leur présence indétectable pour le porteur.

Applications potentielles dans divers domaines

Cette méthode à faible déchet et à faible émission pour augmenter les structures vivantes pourrait être utilisée dans divers domaines, de la santé à la réalité virtuelle, en passant par les textiles électroniques et la surveillance environnementale.

Bien que la peau humaine soit remarquablement sensible, l’augmentation avec des capteurs électroniques pourrait fondamentalement changer notre interaction avec le monde. Par exemple, des capteurs imprimés directement sur la peau pourraient être utilisés pour une surveillance continue de la santé ou pour améliorer la sensation de «réalité» dans les applications de jeux ou de réalité virtuelle.

Les technologies portables actuelles, telles que les montres intelligentes, peuvent être inconfortables et obstruer les sensations intrinsèques de la peau. «Si vous voulez détecter avec précision quelque chose sur une surface biologique comme la peau ou une feuille, l’interface entre le dispositif et la surface est vitale», a déclaré le professeur Yan Yan Shery Huang du Département d’ingénierie de Cambridge, qui a dirigé la recherche.

Il existe plusieurs méthodes pour fabriquer des capteurs portables, mais elles présentent toutes des inconvénients. Les électroniques flexibles, par exemple, sont généralement imprimées sur des films plastiques qui ne permettent pas le passage des gaz ou de l’humidité, ce qui équivaut à envelopper la peau dans un film plastique.

Une nouvelle approche pour des bioélectroniques performantes

Le groupe de recherche dirigé par Cambridge a développé une nouvelle méthode pour fabriquer des bioélectroniques performantes, personnalisables pour une large gamme de surfaces biologiques, en les imprimant directement sur ces surfaces. Leur technique s’inspire en partie des araignées, qui créent des structures de toile sophistiquées et solides adaptées à leur environnement, en utilisant un minimum de matériau.

Les chercheurs ont filé leur «soie d’araignée» bioélectronique à partir de PEDOT:PSS (un polymère conducteur biocompatible), d’acide hyaluronique et d’oxyde de polyéthylène. Les fibres haute performance ont été produites à partir d’une solution aqueuse à température ambiante, permettant aux chercheurs de contrôler la « filabilité » des fibres.

Les tests des fibres bioélectroniques, sur des surfaces telles que des doigts humains et des têtes de graine de pissenlit, ont montré qu’elles offraient des performances de capteur de haute qualité tout en restant imperceptibles pour l’hôte. «Notre approche de filage permet aux fibres bioélectroniques de suivre l’anatomie de différentes formes, à la fois à l’échelle micro et macro, sans besoin de reconnaissance d’image», a ajouté Andy Wang, premier auteur de l’article.

La plupart des capteurs haute résolution sont fabriqués dans une salle blanche industrielle et nécessitent des produits chimiques toxiques dans un processus de fabrication multi-étapes et énergivore. Les capteurs développés par Cambridge peuvent être fabriqués n’importe où et utilisent une fraction minuscule de l’énergie requise par les capteurs traditionnels.

Vers une fabrication durable et à faible impact environnemental

Les fibres bioélectroniques, réparables, peuvent être simplement lavées lorsqu’elles ont atteint la fin de leur durée de vie utile, générant moins d’un milligramme de déchets. En comparaison, une charge de lessive typique produit entre 600 et 1500 milligrammes de déchets de fibres.

«Avec notre technique de fabrication simple, nous pouvons placer des capteurs presque partout et les réparer là où et quand ils en ont besoin, sans nécessiter une grande machine d’impression ou une installation de fabrication centralisée», a précisé Yan Yan Shery Huang. «Ces capteurs peuvent être fabriqués à la demande, là où ils sont nécessaires, et produire un minimum de déchets et d’émissions.»

Les chercheurs estiment que leurs dispositifs pourraient être utilisés dans des applications allant de la surveillance de la santé et de la réalité virtuelle à l’agriculture de précision et à la surveillance environnementale. À l’avenir, d’autres matériaux fonctionnels pourraient être incorporés dans cette méthode d’impression de fibres, pour construire des capteurs de fibres intégrés augmentant les systèmes vivants avec des fonctions d’affichage, de calcul et de conversion d’énergie.

Légende illustration : Des chercheurs ont mis au point une méthode pour fabriquer des capteurs adaptatifs et écologiques qui peuvent être imprimés directement et imperceptiblement sur un large éventail de surfaces biologiques, qu’il s’agisse d’un doigt ou d’un pétale de fleur. (Crédit : Université de Cambridge)

Article : « Imperceptible augmentation of living systems with organic bioelectronic fibres » – DOI: https://www.nature.com/articles/s41928-024-01174-4