Les cactus utilisent la pression de Laplace pour aspirer les gouttelettes d’eau qui se forment à l’extrémité de leurs aiguilles.

Lorsqu’il s’agit de détecter des biomarqueurs chimiques dans le corps d’une personne, les capteurs analysant la sueur offrent une alternative moins douloureuse que les prélèvements sanguins. Un nouveau capteur portable adopte une approche unique pour recueillir cette sueur, en imitant les aiguilles de cactus.

Nous avons déjà vu un certain nombre de capteurs fixés sur la peau qui analysent la sueur de leur porteur, détectant des biomarqueurs associés à des éléments tels que la glycémie, le niveau de stress et certaines maladies. Cependant, à moins que la personne ne soit exceptionnellement chaude ou physiquement active, il est souvent difficile de recueillir des quantités suffisantes de sueur.

Dans l’espoir de résoudre ce problème, des scientifiques de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), en Corée du Sud, se sont tournés vers le cactus.

Dans les environnements arides dans lesquels ils vivent, les cactus doivent absorber de l’eau partout où ils en trouvent, y compris les gouttelettes de vapeur d’eau qui se condensent à l’extrémité de leurs aiguilles. Grâce à un phénomène connu sous le nom de pression de Laplace, ces gouttelettes sont aspirées vers l’intérieur le long des aiguilles jusqu’à ce qu’elles atteignent la peau de la plante, où elles sont absorbées.

La pression de Laplace est définie comme « la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur d’une surface courbe qui forme la limite entre une région gazeuse et une région liquide ». Sur une aiguille de cactus – qui est étroite à l’extrémité et s’élargit vers la base – l’augmentation de la surface de contact crée cet effet sur les gouttelettes d’eau, les enroulant essentiellement.

Schéma du capteur de collecte de la sueur inspiré de l’aiguille de cactus.

Au lieu d’aiguilles, le capteur plat en forme de disque de POSTECH comporte plusieurs canaux de collecte de la sueur qui rayonnent vers l’extérieur à partir d’un réservoir central, comme les rayons d’une roue.

Chaque canal est constitué d’un matériau hydrophobe (qui repousse l’eau), dans lequel est intégré un coin triangulaire de matériau hydrophile (qui attire l’eau). Comme l’extrémité étroite de ce coin se trouve à l’extérieur du canal – et l’extrémité large à l’intérieur, près du réservoir – le capteur est capable d’utiliser la pression de Laplace pour aspirer des quantités infimes de sueur.

Lors de tests en laboratoire, le capteur s’est révélé beaucoup plus efficace que les systèmes microfluidiques existants de collecte de la sueur, quelle que soit l’inclinaison du dispositif.

« Les difficultés de collecte de la sueur ont entravé son utilisation dans les dispositifs de santé portables », explique le professeur Kilwon Cho. « Ce patch nouvellement développé résout ce problème en collectant rapidement la sueur et en facilitant son utilisation dans divers dispositifs de santé portables, y compris la surveillance de la glycémie. »

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102740

https://postech.ac.kr/eng/sweat-collecting-patch-inspired-by-cactus-spines/?pageds=1&k=&c=