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Une équipe de chercheurs de Cal Tech dirigée par Wei Gao, professeur de génie biomédical, a développé un capteur portable qui surveille les niveaux de métabolites et de nutriments dans le sang d'une personne en analysant sa transpiration.Les capteurs de sueur précédents ciblaient principalement les composés qui apparaissent à des concentrations élevées, tels que les électrolytes, le glucose et le lactate.Ce nouveau est plus sensible et détecte les composés de la sueur à des concentrations beaucoup plus faibles.Il est également plus facile à fabriquer et peut être produit en série.
L'objectif de l'équipe est un capteur qui permet aux médecins de surveiller en permanence l'état des patients atteints de maladies telles que les maladies cardiovasculaires, le diabète et les maladies rénales, qui mettent toutes des niveaux anormaux de nutriments ou de métabolites dans la circulation sanguine.Les patients seraient mieux lotis si leur médecin en savait plus sur leur état de santé personnel et cette méthode évite les tests qui nécessitent des aiguilles et des prélèvements sanguins.
"De tels capteurs de sueur portables pourraient capturer rapidement, en continu et de manière non invasive les changements de santé au niveau moléculaire", déclare Gao."Ils pourraient rendre possible un suivi personnalisé, un diagnostic précoce et une intervention rapide."
Le capteur repose sur la microfluidique qui manipule de petites quantités de liquides, généralement à travers des canaux de moins d'un quart de millimètre de largeur.La microfluidique est idéale pour une application car elle minimise l'influence de l'évaporation de la sueur et de la contamination de la peau sur la précision du capteur.Au fur et à mesure que la sueur fraîchement fournie s'écoule à travers les microcanaux du capteur, il mesure avec précision la composition de la sueur et capture les changements de concentration au fil du temps.
Jusqu'à présent, selon Gao et ses collègues, les capteurs portables basés sur la microfluidique étaient principalement fabriqués avec une approche de lithographie-évaporation, qui nécessite des processus de fabrication compliqués et coûteux.Son équipe a choisi de fabriquer ses biocapteurs en graphène, une forme de carbone en forme de feuille.Les capteurs à base de graphène et les canaux microfluidiques sont créés en gravant les feuilles de plastique avec un laser au dioxyde de carbone, un appareil si courant qu'il est disponible pour les amateurs à domicile.
L'équipe de recherche a conçu son capteur pour mesurer également les fréquences respiratoire et cardiaque, en plus des niveaux d'acide urique et de tyrosine.La tyrosine a été choisie car elle peut être un indicateur de troubles métaboliques, de maladies du foie, de troubles de l'alimentation et de troubles neuropsychiatriques.L'acide urique a été choisi car, à des niveaux élevés, il est associé à la goutte, une affection articulaire douloureuse qui est en augmentation dans le monde.La goutte survient lorsque des niveaux élevés d'acide urique dans le corps commencent à se cristalliser dans les articulations, en particulier celles des pieds, provoquant une irritation et une inflammation.
Pour voir à quel point les capteurs fonctionnaient, les chercheurs l'ont testé sur des individus et des patients en bonne santé.Pour vérifier les niveaux de tyrosine dans la sueur qui sont influencés par la condition physique d'une personne, ils ont utilisé deux groupes de personnes : des athlètes entraînés et des personnes de condition physique moyenne.Comme prévu, les capteurs ont montré des niveaux inférieurs de tyrosine dans la sueur des athlètes.Pour vérifier les niveaux d'acide urique, les chercheurs ont surveillé la sueur d'un groupe d'individus en bonne santé qui jeûnaient, et également après que les sujets aient mangé un repas riche en purines - des composés alimentaires qui sont métabolisés en acide urique.Le capteur a montré que les niveaux d'acide urique augmentaient après le repas.L'équipe de Gao a effectué un test similaire avec des patients atteints de goutte.Le capteur a montré que leurs niveaux d'acide urique étaient beaucoup plus élevés que ceux des personnes en bonne santé.
Pour vérifier la précision des capteurs, les chercheurs ont prélevé et vérifié des échantillons de sang de patients atteints de goutte et de sujets sains.Les mesures des capteurs des niveaux d'acide urique étaient fortement corrélées avec les niveaux de celui-ci dans leur sang.
Gao dit que la haute sensibilité des capteurs, ainsi que la facilité avec laquelle ils peuvent être fabriqués, signifie qu'ils pourraient éventuellement être utilisés par les patients à domicile pour surveiller des conditions telles que la goutte, le diabète et les maladies cardiovasculaires.Disposer d'informations précises en temps réel sur leur santé pourrait même permettre aux patients d'ajuster leurs niveaux de médicaments et leur régime alimentaire au besoin.
Heure de publication : 12 décembre 2019