Le nouveau patch cutané nous rapproche du moniteur de santé portable tout-en-un

Les ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé un patch cutané doux et extensible qui peut être porté sur le cou pour suivre en continu la pression artérielle et la fréquence cardiaque tout en mesurant les niveaux de glucose du porteur ainsi que de lactate, d'alcool ou de caféine. Il s'agit du premier appareil portable qui surveille simultanément les signaux cardiovasculaires et plusieurs niveaux biochimiques dans le corps humain.

Un tel appareil pourrait bénéficier aux personnes souffrant d'hypertension artérielle et de diabète - des personnes qui courent également un risque élevé de tomber gravement malades avec le COVID-19. Il pourrait également être utilisé pour détecter l'apparition d'une septicémie, qui se caractérise par une chute soudaine de la pression artérielle accompagnée d'une augmentation rapide du taux de lactate.

Un patch cutané doux qui peut tout faire offrirait également une alternative pratique aux patients des unités de soins intensifs, y compris les nourrissons de l'USIN, qui ont besoin d'une surveillance continue de la pression artérielle et d'autres signes vitaux. Ces procédures consistent actuellement à insérer des cathéters profondément dans les artères des patients et à attacher les patients à plusieurs moniteurs hospitaliers.

"La nouveauté ici est que nous prenons des capteurs complètement différents et que nous les fusionnons sur une seule plate-forme aussi petite qu'un timbre", a déclaré Joseph Wang, professeur de nano-ingénierie à l'UC San Diego. "Nous pouvons collecter tellement d'informations avec celui-ci portable et le faire de manière non invasive, sans causer d'inconfort ou d'interruptions de l'activité quotidienne."

Le patch est une fine feuille de polymères extensibles qui peuvent se conformer à la peau. Il est équipé d'un capteur de pression artérielle et de deux capteurs chimiques :un qui mesure les niveaux de lactate (un biomarqueur de l'effort physique), de caféine et d'alcool dans la sueur, et un autre qui mesure les niveaux de glucose dans le liquide interstitiel.

Le patch est capable de mesurer trois paramètres à la fois, un pour chaque capteur :la pression artérielle, le glucose et le lactate, l'alcool ou la caféine.

Le capteur de pression artérielle se trouve près du centre du patch. Il se compose d'un ensemble de petits transducteurs à ultrasons qui sont soudés au patch par une encre conductrice. Une tension appliquée aux transducteurs les amène à envoyer des ondes ultrasonores dans le corps. Lorsque les ondes ultrasonores rebondissent sur une artère, le capteur détecte les échos et traduit les signaux en une lecture de la pression artérielle.

Les capteurs chimiques sont deux électrodes sérigraphiées sur le patch avec de l'encre conductrice. L'électrode qui détecte le lactate, la caféine et l'alcool est imprimée sur le côté droit du patch; il agit en libérant un médicament appelé pilocarpine dans la peau pour induire la transpiration et en détectant les substances chimiques dans la sueur. L'autre électrode, qui détecte le glucose, est imprimée sur le côté gauche ; il fonctionne en faisant passer un léger courant électrique à travers la peau pour libérer le liquide interstitiel et en mesurant le glucose dans ce liquide.

Les chercheurs souhaitaient mesurer ces biomarqueurs particuliers car ils ont un impact sur la pression artérielle. "Nous avons choisi des paramètres qui nous donneraient une mesure de la pression artérielle plus précise et plus fiable", a déclaré Juliane Sempionatto, titulaire d'un doctorat en nanoingénierie. étudiant dans le laboratoire de Wang.

« Disons que vous surveillez votre tension artérielle, que vous voyez des pics pendant la journée et que vous pensez que quelque chose ne va pas. Une lecture de biomarqueurs pourrait vous dire si ces pics étaient dus à une consommation d'alcool ou de caféine. Cette combinaison de capteurs peut vous fournir ce type d'informations », a-t-elle déclaré.

Lors des tests, les sujets portaient le patch sur le cou tout en effectuant diverses combinaisons des tâches suivantes :faire de l'exercice sur un vélo stationnaire ; manger un repas riche en sucre; boire une boisson alcoolisée; et boire une boisson contenant de la caféine. Les mesures du patch correspondaient étroitement à celles recueillies par des appareils de surveillance commerciaux tels qu'un brassard de tensiomètre, un lecteur de lactate sanguin, un glucomètre et un alcootest. Les mesures des niveaux de caféine des porteurs ont été vérifiées en laboratoire en mesurant des échantillons de sueur enrichis en caféine.

L'un des plus grands défis dans la fabrication du patch était d'éliminer les interférences entre les signaux des capteurs. Pour ce faire, les chercheurs ont dû déterminer l'espacement optimal entre le capteur de pression artérielle et les capteurs chimiques. Ils ont constaté qu'un centimètre d'espacement faisait l'affaire tout en gardant l'appareil aussi petit que possible.

Les chercheurs ont également dû trouver un moyen de protéger physiquement les capteurs chimiques du capteur de pression artérielle. Ce dernier est normalement équipé d'un gel à ultrasons liquide pour produire des lectures claires. Mais les capteurs chimiques sont également équipés de leurs propres hydrogels, et le problème est que si un gel liquide du capteur de pression artérielle s'écoule et entre en contact avec les autres gels, cela provoquera des interférences entre les capteurs. Ainsi, à la place, les chercheurs ont utilisé un gel à ultrasons solide, qui, selon eux, fonctionne aussi bien que la version liquide, mais sans fuite

L'équipe travaille déjà sur une nouvelle version du patch, une avec encore plus de capteurs. « Il existe des possibilités de surveiller d'autres biomarqueurs associés à diverses maladies. Nous cherchons à ajouter plus de valeur clinique à cet appareil », a déclaré Sempiatto.

Les travaux en cours comprennent également le rétrécissement de l'électronique du capteur de pression artérielle. À l'heure actuelle, le capteur doit être connecté à une source d'alimentation et à une machine de paillasse pour afficher ses lectures. Le but ultime est de mettre tout cela sur le patch et de rendre tout sans fil.