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Jun 24, 2023

Les tatouages ​​​​au graphène mesurent la pression artérielle en continu

La mesure de la tension artérielle n'a pas beaucoup changé depuis l'invention du

La mesure de la pression artérielle n'a pas beaucoup changé depuis l'invention du sphygmomanomètre à brassard gonflable en 1881. Les gens peuvent utiliser l'appareil pour donner des lectures plusieurs fois par jour, mais cela ne suffit pas pour donner une vision globale de la santé cardiovasculaire.

De nouveaux tatouages ​​électroniques en graphène lisent en continu la tension artérielle pendant des jours. Les capteurs ultrafins et légers pourraient permettre de surveiller la tension artérielle d'un patient pendant qu'il vaque à ses activités quotidiennes.

"La tension artérielle est un signe vital très important", déclare Roozbeh Jafari, professeur de génie électrique et informatique à la Texas A&M University. "Le stress peut tuer. Le stress entraîne des changements dans la pression artérielle, mais nous n'avons aucun moyen de le mesurer ou de le comprendre. Donc, s'il existe une technologie pour mesurer la pression artérielle en continu, cela change la donne."

Les personnes souffrant de maladies cardiovasculaires et d'hypertension doivent surveiller régulièrement leur tension artérielle. Pour le faire discrètement, les chercheurs ont développé ces dernières années des méthodes sans brassard. Certains s'appuient sur des capteurs acoustiques portables qui mesurent les changements dans les signaux ultrasonores traversant les tissus, ou des capteurs de pression qui peuvent détecter l'expansion des vaisseaux sanguins dans le poignet. Ceux-ci sont encombrants et peuvent se déplacer, déformant les signaux mesurés.

Les capteurs basés sur la lumière, tels que ceux des bracelets de fitness et des montres intelligentes, peuvent mesurer avec précision la fréquence cardiaque à partir des capillaires de la peau, mais la lumière ne pénètre pas assez profondément pour détecter l'onde de pression artérielle.

Le nouveau capteur de pression artérielle utilise des capteurs de tatouage électroniques au graphène inventés en 2017 par le professeur de génie électrique et informatique Deji Akinwande de l'Université du Texas à Austin. Jafari et Akinwande ont collaboré sur les nouveaux capteurs de pression artérielle au graphène dont ils ont fait état dans Nature Nanotechnology.

Pour réaliser les tatouages, les chercheurs font pousser une ou deux couches de graphène sur une feuille de cuivre, l'enduisent d'une couche d'acrylique ultra-mince de 200 nanomètres d'épaisseur et la transfèrent sur du papier de tatouage temporaire commercial. L'épaisseur atomique du graphène signifie que les patchs s'adaptent très bien à la peau, dit Akinwande, de sorte qu'ils collent sans avoir besoin d'adhésifs et restent en place. De plus, le porteur ne les sent pas.

Dans une version prototype du système de surveillance continue de la pression artérielle, des segments de feuille de cuivre sont collés à un poignet. Les étiquettes d'image identifient l'artère radiale et ulnaire de la personne, ainsi que les emplacements pour "l'injection" (introduction) d'un signal de courant alternatif de faible niveau. Université du Texas à Austin/Université Texas A&M/Nature Nanotechnologie

Pour déterminer la pression artérielle, les chercheurs utilisent les capteurs de graphène pour mesurer la bioimpédance - l'impédance électrique au flux de courant à travers les tissus. Ils attachent deux rangées de six tatouages ​​au graphène chacun sur le poignet d'un participant. Chaque rangée est placée juste au-dessus de l'une des deux artères principales du poignet. Les patchs les plus à l'extérieur de chaque rangée envoient de petits courants électriques dans le bras, et les quatre patchs intérieurs mesurent les changements de tension, ce qui aide à calculer l'impédance.

L'impédance reflète le changement de volume sanguin dans les artères, dit Jafari, mais cela ne se traduit pas directement par la pression artérielle. L'équipe a donc construit un algorithme d'apprentissage automatique pour estimer avec précision la pression artérielle en fonction de plusieurs paramètres différents, notamment le changement de volume sanguin, le temps de transit de l'impulsion de pression entre deux sites, la différence de temps entre l'arrivée des impulsions dans les deux artères et le propriétés élastiques des artères.

À titre de démonstration, les chercheurs ont placé les capteurs de graphène sur sept participants humains et ont mesuré la pression artérielle pendant que les volontaires effectuaient des exercices actifs. Pour déterminer l'exactitude, ils ont comparé les lectures avec des lectures périodiques prises à l'aide de la technique de référence du brassard de tensiomètre.

Certains participants ont fait une marche intense à 38 °C et d'autres ont fait des pompes. Les tatouages ​​ne se dégradent pas après exposition à la lumière et à la chaleur ou au contact de l'eau ou de la sueur. Les chercheurs ont pu surveiller la pression artérielle en continu pendant cinq heures. Une surveillance plus longue est facilement possible, dit Jafari, puisque les tatouages ​​durent sept jours.

Ce capteur de première génération est filaire. Les données de tension vont des tatouages ​​à l'électronique de lecture via des fils métalliques. Mais Akinwande dit qu'ils prévoient de développer ensuite un capteur sans fil. "Cela nous obligerait à concevoir une puce qui enverrait des données sans fil", dit-il.