Un nouveau patch développé à l’université de Californie à San Diego utilise des lasers pour surveiller les biomolécules dans les tissus profonds.

Les progrès de la science des matériaux et de l’électronique miniaturisée ont donné naissance à une nouvelle génération prometteuse de patchs portables qui pourraient un jour mesurer de nombreux paramètres de la santé humaine, du stress à l’activité cardiovasculaire en passant par le taux de glucose. Les ingénieurs ont exploité cette technologie pour créer un patch électronique capable de surveiller les biomolécules dans les tissus profonds, ce qui, selon eux, peut être utilisé pour détecter une série de conditions potentiellement mortelles, notamment le dysfonctionnement des organes et les cancers malins.

Le nouveau patch électronique est l’œuvre d’ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego, et constitue une extension de la recherche examinée en 2018 par le même groupe. Le patch précédent des chercheurs utilisait des ondes ultrasonores pour surveiller en permanence l’épaisseur des vaisseaux sanguins pulsés afin d’offrir des lectures en temps réel de la pression artérielle.

L’équipe a maintenant creusé plus loin dans le domaine de la surveillance cardiovasculaire en développant une version pour surveiller la perfusion sanguine. Cette fonction corporelle est essentielle au bon fonctionnement des tissus et au transport de l’oxygène et des nutriments. Lorsqu’elle est entravée, elle peut être le signe d’un dysfonctionnement grave d’un organe ou d’une crise cardiaque. Une accumulation anormale de sang, quant à elle, peut être le signe d’une hémorragie ou de tumeurs malignes.

La surveillance continue de la perfusion sanguine peut donc aider à détecter ces conditions potentiellement mortelles, et l’équipe a cherché à atteindre cet objectif en se concentrant sur la biomolécule hémoglobine dans les tissus profonds.

« La quantité et l’emplacement de l’hémoglobine dans le corps fournissent des informations critiques sur la perfusion sanguine ou l’accumulation dans des endroits spécifiques », a expliqué Sheng Xu, co-auteur de l’étude. « Notre dispositif montre un grand potentiel dans la surveillance étroite des groupes à haut risque, permettant des interventions rapides à des moments urgents. »

Si les technologies existantes comme l’IRM et la tomographie à rayons X peuvent détecter des biomolécules comme l’hémoglobine, elles ne le font que de manière immédiate plutôt que continue, et ne peuvent les détecter que plus près de la peau. Le patch de l’équipe est conçu pour offrir une option de surveillance à long terme des biomolécules situées en profondeur, avec l’aide de lasers.

Un nouveau patch mis au point à l’université de Californie à San Diego adhère confortablement à la peau et pourrait être utilisé pour détecter toute une série de problèmes de santé.

Le patch lui-même est flexible et adhère confortablement à la peau. Il comporte des réseaux de diodes laser et de transducteurs piézoélectriques dans une matrice souple en silicone-polymère, qui envoie des lasers pulsés dans les tissus situés en dessous. Les biomolécules des tissus profonds absorbent cette énergie optique et provoquent le rayonnement d’ondes acoustiques dans leur environnement.

« Des transducteurs piézoélectriques reçoivent les ondes acoustiques, qui sont traitées dans un système électrique pour reconstruire la cartographie spatiale des biomolécules émettrices d’ondes », explique Xiaoxiang Gao, auteur de l’étude.

Lors des tests, le système s’est révélé capable de créer des cartes en 3D de l’hémoglobine dans des tissus situés à plusieurs centimètres sous la peau, avec une résolution spatiale submillimétrique. L’équipe indique qu’il peut également être réglé pour détecter toute une série de biomolécules en modifiant les longueurs d’onde des lasers, la surveillance de la température centrale étant également l’une des possibilités explorées.

« La surveillance continue est essentielle pour intervenir à temps et éviter que des conditions potentiellement mortelles ne s’aggravent rapidement », précise Xiangjun Chen, co-auteur de l’étude. « Les dispositifs portables basés sur l’électrochimie pour la détection de biomolécules, sans se limiter à l’hémoglobine, sont de bons candidats pour les applications de surveillance portable à long terme. Cependant, les technologies existantes n’atteignent que la capacité de détection à la surface de la peau. »

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35455-3

https://today.ucsd.edu/story/wearable-skin-patch-monitors-hemoglobin-in-deep-tissues