Dispositifs médicaux portables durables pour la surveillance de la santé
Les chercheurs de Penn State ont utilisé des matériaux divers et parfois inattendus pour développer des capteurs durables, autonomes et flexibles.
Malgré de nombreuses avancées technologiques, les capteurs utilisés pour la surveillance continue des signes vitaux des patients dans les hôpitaux et autres établissements médicaux restent au mieux peu conviviaux, au pire carrément maladroits.
Des chercheurs de Penn State essaient de changer cela avec le développement de capteurs portables et d’autres dispositifs de surveillance qui utilisent des matériaux flexibles – et parfois uniques – ainsi qu’une technologie de récupération d’énergie pour fournir cette surveillance de manière confortable mais efficace.
Dans des articles de recherche récents, Huanyu « Larry » Cheng, professeur adjoint de sciences de l’ingénieur et de mécanique à Penn State, relève les défis dans le domaine des dispositifs de santé portables, tels que l’utilisation de matériaux capables de résister à des environnements humides et l’intégration de la technologie d’auto-charge.
Une équipe dirigée par des professeurs d’ingénierie de Penn State Huanyu « Larry » Cheng et Dorothy Quiggle Career ont développé une variété de nouveaux capteurs médicaux auto-alimentés et durables et d’autres appareils qui peuvent surveiller les signaux vitaux des patients pour aider à informer le traitement ou même à diagnostiquer les maladies.
Dernièrement, l’équipe a travaillé sur systèmes biodégradables, extensibles et générateurs d’énergie basés sur une subvention de 150 000 $ de Meta Reality Labs, la branche de développement technologique de Facebook, pour explorer ces conceptions.
« Il y a un besoin important de capteurs écologiques et auto-rechargeables qui peuvent surveiller les signes vitaux des patients sans contribuer à leur stress physique ou financier – et nous constatons que ces solutions peuvent être appliquées à un large éventail de défis », a déclaré Cheng. dans un communiqué de presse.
Sommaire
Combiner les matériaux avec les objectifs de conception
La clé du travail de l’équipe est l’accent mis sur la compréhension des interactions et des limites de divers matériaux sur la fabrication de nouvelles méthodes et dispositifs pour résoudre ces problèmes.
Plus précisément, l’équipe a développé deux nouveaux dispositifs qui ont démontré les résultats de ce travail. L’un est un moniteur de santé auto-alimenté et extensible à base de mousse qui est léger et peut récolter l’énergie des mouvements de la personne qui le porte. Les chercheurs ont travaillé avec des matériaux à base de graphène pour produire cet appareil.
L’autre est un capteur portable qui détecte la pression artérielle et les mouvements à l’aide d’un petit patch cutané fabriqué à partir de papier de soie peu coûteux et largement disponible.
Concernant le premier dispositif, le graphène est un matériau idéal pour les dispositifs de santé en raison de sa légèreté combinée à une conductivité électrique élevée. Les chercheurs ont utilisé cela à leur avantage, créant des mousses de graphène en couches à faible coût de différentes formes avec un laser.
Ils ont également utilisé la caractéristique du graphène qui, lorsqu’elle est correctement formée, lui permet de récolter l’énergie du mouvement, comme les mouvements du corps humain. Cette énergie peut être stockée sous forme d’énergie électrique dans des micro-supercondensateurs.
Tirant parti de ces caractéristiques dans leur conception, les chercheurs ont développé un capteur qui mesure les signes vitaux des utilisateurs tels que le pouls, la température, l’électrocardiogramme, la pression artérielle et l’oxygène sanguin sans avoir besoin d’une alimentation électrique, ce qui rend ces appareils encombrants. Au lieu de cela, il récolte l’énergie du mouvement cinétique créé par les mouvements de l’utilisateur.
« Tout en surveillant divers signaux, l’appareil collecte l’énergie des mouvements du corps, dans une sorte de boucle de rétroaction fermée », a déclaré Cheng, notant que la transmission Bluetooth ou radio des données pourrait éliminer la détection filaire.
Des chercheurs ont publié un article sur cet appareil dans la revue Revue de physique appliquée.
En plus d’utiliser l’appareil avec des patients médicaux, les capteurs peuvent également être utilisés pour suivre les mouvements d’animaux sauvages comme les chauves-souris ou les phoques, les mouvements des animaux rechargeant en permanence l’appareil pour une surveillance constante.
Nouvelle utilisation du papier de soie
En ce qui concerne l’autre portable, l’équipe l’a fabriqué en trempant un morceau de papier de soie dans un matériau conducteur, qui est ensuite pressurisé pour créer un échafaudage 3D et encapsulé pour devenir un capteur qui colle à la peau.
Les chercheurs ont publié un article séparé décrivant ce travail dans une autre revue, Matériaux appliqués et interfaces ACS.
L’équipe prévoit de continuer à développer ces divers appareils portables en améliorant tous les composants pour les rendre « aussi économiques, durables et robustes que possible », a déclaré Cheng.
