Les appareils portables et implantables exploitent les humains comme source d’énergie

3 août 2023 Par Réseau de contributeurs MDO

La batterie à base de glucose du MIT utilise le sucre du corps pour produire de l'électricité, qui pourrait alimenter des implants et des capteurs. [Image gracieuseté du MIT]

Les dispositifs médicaux portables et les implants deviennent de plus en plus importants dans un large éventail d'applications telles que les dispositifs de surveillance de la santé et les implants biomédicaux, qui fournissent des mesures continues de biomarqueurs et de diagnostics médicaux. Sur la base de la croissance de la population âgée et des enseignements tirés de la pandémie, le passage au développement de dispositifs portables et de biocapteurs a accru le besoin de surveillance de la santé en temps réel, de médecine personnalisée et de technologie au point d'intervention (POCT).

Au cours de la dernière décennie, des progrès ont été réalisés dans le développement d’implants et d’appareils médicaux portables de nouvelle génération en utilisant les dernières technologies qui rendent leur utilisation bon marché et facilement disponible. Ce qui prenait généralement des heures pour des tests de diagnostic dans un établissement médical peut désormais être effectué à distance à l'aide de biocapteurs. À mesure que de plus en plus de services de santé s’orientent vers la médecine personnalisée, ces capteurs deviendront aussi courants que les Fitbits et les montres intelligentes. Selon un rapport de Facts & Factors, le marché des technologies portables dépassera les 380 milliards de dollars d'ici 2028, avec un taux de croissance annuel composé de 18,5 %.

Alors, qu’est-ce que la technologie médicale portable ? La plupart d’entre nous ont vu ou utilisé des appareils qui surveillent et collectent un certain nombre de paramètres de santé et de programmes d’exercices et peuvent même envoyer ces données aux professionnels de la santé en temps réel. Il peut s'agir de trackers de fitness et de montres intelligentes, mais d'autres, tels que des moniteurs ECG portables et des capteurs de pression artérielle, ne sont pas si courants. L'appareil Move ECG de Withing, par exemple, peut mesurer un électrocardiogramme et même détecter une fibrillation auriculaire, puis envoyer les données au médecin de l'utilisateur.

En 2019, Omron Health a lancé son HeartGuide, un tensiomètre oscillométrique portable. La montre peut collecter et stocker jusqu'à 100 lectures, qui peuvent être transférées vers l'application mobile HeartAdvisor pour examen, comparaison et optimisation du traitement. Les biocapteurs sont également de plus en plus disponibles et peuvent être portés sur la peau ou même sous forme d'implants ou utilisés sous forme de pilule intelligente. Le biocapteur portable de Philips, par exemple, est un patch auto-adhésif porté sur la peau et fournit plusieurs données biométriques, notamment le mouvement, la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et la pression artérielle.

Les biocapteurs remontent à 1962, lorsque Leland Clark a conçu un capteur de glucose basé sur une électrode à oxygène, utilisée lors des chirurgies cardiovasculaires. Depuis lors, de nombreux progrès ont été réalisés dans le domaine des biocapteurs à mesure que de nouvelles technologies sont devenues disponibles. Les biocapteurs sont des dispositifs bio-analytiques qui fournissent des informations analytiques quantitatives et semi-quantitatives spécifiques en convertissant des réactions ou des stimuli biologiques en signaux mesurables.

Ces capteurs sont composés de trois composants clés : un composant de détection biologique, un composant détecteur ou transducteur connecté et un système de traitement du signal. Ce composant biologique peut être une enzyme, un anticorps, une cellule ou bien d'autres, tandis que le transducteur est basé sur une méthode de transduction, telle qu'électrochimique, optique, acoustique ou calorimétrique. Dans un contexte biomédical, les biocapteurs nécessitent des exigences spécifiques avant de pouvoir être utilisés en interne, la première étant la biocompatibilité. Les capteurs utilisés dans les applications d’intégration cutanée, par exemple, doivent être extensibles, flexibles et ultra-fins pour s’adapter à la flexion et aux mouvements naturels de l’utilisateur.

À cette fin, certains facteurs posent des problèmes dans le développement de dispositifs médicaux portables et de biocapteurs, en particulier ceux implantables. En tête de liste se trouve la source d’alimentation, car même celles utilisées en interne nécessitent des batteries, qui ont tendance à être volumineuses et encombrantes pour les capteurs conçus pour une utilisation à long terme. La bonne nouvelle est que les scientifiques et les chercheurs ont commencé à développer des systèmes électriques utilisant des technologies de récupération d’énergie, qui pourraient alimenter ces biocapteurs presque indéfiniment.