Les ingénieurs de l’Université de l’Arizona ont développé un moyen d’imprimer en 3D des appareils portables de qualité médicale, tels que ceux-ci, sur la base de scans corporels du porteur. Crédit : Gutruf Lab / Université d’Arizona
Les nouveaux appareils, conçus sur mesure pour s’adapter aux individus, pourraient signifier des améliorations massives dans la surveillance et le traitement des maladies, le test de nouveaux médicaments et la capacité de suivre la santé personnelle.
Les capteurs portables pour tout surveiller, du nombre de pas à la fréquence cardiaque, sont presque omniprésents. Mais pour des scénarios tels que mesurer l’apparition de la fragilité chez les personnes âgées, diagnostiquer rapidement des maladies mortelles, tester l’efficacité de nouveaux médicaments ou suivre les performances d’athlètes professionnels, des dispositifs de qualité médicale sont nécessaires.
Les ingénieurs de l’Université de l’Arizona ont développé un type de dispositif portable qu’ils appellent un « dispositif biosymbiotique », qui présente plusieurs avantages sans précédent. Non seulement les appareils sont imprimés en 3D sur mesure et basés sur des scans corporels des porteurs, mais ils peuvent également fonctionner en continu en utilisant une combinaison de transfert d’énergie sans fil et de stockage d’énergie compact. L’équipe, dirigée par Philipp Gutruf, professeur adjoint de génie biomédical et membre de la faculté Craig M. Berge au College of Engineering, a publié ses résultats aujourd’hui dans la revue Science Advances.
“Il n’y a rien de tel là-bas”, a déclaré Gutruf, membre de l’institut BIO5 de l’université. « Nous introduisons un tout nouveau concept consistant à adapter un appareil directement à une personne et à utiliser la diffusion de puissance sans fil pour permettre à l’appareil de fonctionner 24h/24 et 7j/7 sans jamais avoir besoin de recharger. »
Les ingénieurs de l’Université de l’Arizona ont développé un nouveau type d’appareil portable imprimé en 3D pour s’adapter à l’utilisateur. L’appareil fonctionne également en continu en utilisant une combinaison de transfert d’énergie sans fil et de stockage d’énergie compact. Crédit : Gutruf Lab / Université d’Arizona
L’ajustement personnalisé permet une surveillance précise
Les capteurs portables actuels sont confrontés à diverses limitations. Les montres intelligentes, par exemple, doivent être chargées et elles ne peuvent collecter qu’une quantité limitée de données en raison de leur placement sur le poignet. En utilisant des scans 3D du corps d’un porteur, qui peuvent être collectés via des méthodes telles que l’IRM, les tomodensitogrammes et même des images de smartphone soigneusement combinées, Gutruf et son équipe peuvent imprimer en 3D des appareils sur mesure qui s’enroulent autour de diverses parties du corps. Pensez à un brassard en maille pratiquement imperceptible, léger, respirant, conçu spécifiquement pour votre biceps, votre mollet ou votre torse. La possibilité de spécialiser le placement des capteurs permet aux chercheurs de mesurer des paramètres physiologiques qu’ils ne pourraient pas autrement.
Les ingénieurs de l’Université de l’Arizona ont mis au point un moyen d’imprimer en 3D des appareils portables de qualité médicale, comme celui-ci, sur la base de scans corporels du porteur. Crédit : Gutruf Lab / Université d’Arizona
« Si vous voulez quelque chose de proche de la température corporelle en continu, par exemple, vous voudriez placer le capteur sous l’aisselle. Ou, si vous voulez mesurer la façon dont votre biceps se déforme pendant l’exercice, nous pouvons placer un capteur dans les appareils qui peuvent accomplir cela », a déclaré Tucker Stuart, doctorant en génie biomédical et premier auteur de l’article. « En raison de la façon dont nous fabriquons l’appareil et le fixons au corps, nous sommes en mesure de l’utiliser pour collecter des données qu’un appareil portable traditionnel monté au poignet ne serait pas en mesure de collecter. »
Parce que ces dispositifs biosymbiotiques sont adaptés sur mesure au porteur, ils sont également très sensibles. L’équipe de Gutruf a testé la capacité de l’appareil à surveiller les paramètres, notamment la température et la tension, pendant qu’une personne sautait, marchait sur un tapis roulant et utilisait un rameur. Dans le test du rameur, les sujets portaient plusieurs appareils, suivant l’intensité de l’exercice et la façon dont les muscles se déformaient avec des détails fins. Les appareils étaient suffisamment précis pour détecter les changements de température corporelle induits par la montée d’un seul escalier.
Continu, sans fil et sans effort
Gutruf et son équipe ne sont pas les premiers à adapter les appareils portables pour suivre la santé et la fonction corporelle. Cependant, les appareils portables actuels n’ont pas la capacité de suivre les métriques en continu ou avec suffisamment de précision pour tirer des conclusions médicalement significatives.
Certains appareils portables utilisés par les chercheurs sont des patchs qui collent à la peau, mais ils se détachent lorsque la peau subit son processus de mue normal, ou parfois lorsqu’un sujet transpire. Même les appareils portables très sophistiqués utilisés en milieu clinique, tels que les moniteurs ECG, sont confrontés à ces problèmes. De plus, ils ne sont pas sans fil, ce qui limite considérablement la mobilité. Les patients ne peuvent pas vaquer à leurs occupations quotidiennes normales s’ils sont attachés à des appareils externes encombrants.
Le dispositif biosymbiotique que l’équipe de Gutruf a mis en place n’utilise aucun adhésif, et il est alimenté par un système sans fil d’une portée de plusieurs mètres. L’appareil comprend également une petite unité de stockage d’énergie, de sorte qu’il fonctionnera même si le porteur sort de la portée du système, y compris hors de la maison.
“Ces appareils sont conçus pour ne nécessiter aucune interaction avec le porteur”, a déclaré Gutruf. « C’est aussi simple que de mettre l’appareil en marche. Ensuite, vous l’oubliez et il fait son travail.
Référence : « Dispositifs sans fil biosymbiotiques, personnalisés et fabriqués numériquement pour une collection indéfinie de biosignaux haute-fidélité » 8 octobre 2021, Avancées scientifiques.
DOI : 10.1126/sciadv.abj3269
Cette recherche a été financée par le Flinn Foundation Translational Bioscience Seed Grants Pilot Program. L’équipe a également travaillé avec Tech Launch Arizona, la branche de commercialisation de l’université, pour protéger la propriété intellectuelle et lancer une startup pour mettre la technologie sur le marché.
