Patch cervical souple : premier wearable tout-en-un pour surveillance continue de la pression artérielle, fréquence cardiaque et marqueurs biochimiques

Des ingénieurs ont développé un patch cutané souple et extensible, porté au cou, qui permet de suivre en continu la pression artérielle et la fréquence cardiaque tout en mesurant le taux de glucose, de lactate, d'alcool ou de caféine. C'est le premier dispositif portable qui surveille simultanément des signaux cardiovasculaires et plusieurs taux biochimiques dans le corps humain.

Ce type de wearable pourrait être utilisé par des personnes souffrant de pathologies sous-jacentes pour surveiller leur santé régulièrement. Il pourrait aussi servir à la surveillance médicale à distance, surtout pendant la pandémie de COVID-19 où les visites en personne chez les professionnels de santé sont limitées.

Des capteurs complètement différents sont intégrés sur une seule plateforme minuscule, de la taille d'un timbre-poste. Chaque capteur fournit une image distincte d'un changement physique ou chimique. Les réunir dans un seul patch permet de combiner ces images pour obtenir une vue d'ensemble plus complète de ce qui se passe dans le corps.

Le patch est une fine feuille de polymères extensibles qui épouse la peau. Il est équipé d'un capteur de pression artérielle et de deux capteurs chimiques : l'un mesure le lactate (marqueur d'effort physique), la caféine et l'alcool dans la sueur ; l'autre mesure le glucose dans le liquide interstitiel. Le patch peut mesurer trois paramètres à la fois, un par capteur : pression artérielle, glucose, et soit lactate, alcool, soit caféine.

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

Les capteurs chimiques sont deux électrodes imprimées en sérigraphie 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 ; elle fonctionne en libérant un médicament, la pilocarpine, dans la peau pour induire la sueur et détecter les substances chimiques dans celle-ci. L'autre électrode, qui détecte le glucose, est imprimée sur le côté gauche ; elle fait passer un faible courant électrique à travers la peau pour libérer du liquide interstitiel et mesurer le glucose dans ce fluide.

Lors de tests, des sujets ont porté le patch au cou en effectuant diverses combinaisons des tâches suivantes : exercice sur vélo stationnaire, repas riche en sucre, consommation d'une boisson alcoolisée et consommation d'une boisson caféinée. Les mesures du patch correspondaient étroitement à celles d'appareils commerciaux de référence : brassard tensiomètre, lactatemètre, glucomètre et éthylotest.

L'un des plus grands défis a été d'éliminer les interférences entre les signaux des capteurs. Les chercheurs ont dû déterminer l'espacement optimal entre le capteur de pression artérielle et les capteurs chimiques. Ils ont trouvé qu'un centimètre d'espacement suffisait, tout en gardant le dispositif aussi petit que possible.

Ils ont aussi dû protéger physiquement les capteurs chimiques du capteur de pression artérielle. Ce dernier utilise normalement un gel à ultrasons liquide pour produire des lectures claires. Mais les capteurs chimiques ont leurs propres hydrogels ; si du gel liquide s'écoule et entre en contact avec les autres gels, cela cause des interférences. Les chercheurs ont donc utilisé un gel à ultrasons solide, aussi efficace que la version liquide mais sans fuite.

Les travaux en cours incluent la miniaturisation de l'électronique du capteur de pression artérielle. Actuellement, le capteur doit être connecté à une source d'alimentation et à une machine de paillasse pour afficher ses lectures. L'objectif final est d'intégrer tout cela sur le patch et de le rendre sans fil.