Biocapteur sous-cutané pour la surveillance à long terme de l'alcoolémie

Un capteur sous-cutané d'une taille de 0,85 × 1,5 mm pour surveiller la concentration d'alcool dans le sang par rapport à une pièce d'un cent d'un diamètre de 19 mm. Photo: David Baillot / UC of Diego San Diego Jacobs School of Engineering

La surveillance continue de la concentration d'alcool dans le sang est une tâche importante, dont la solution peut sauver des millions de vies. Si la surveillance est effectuée automatiquement avec une transmission de données via une communication sans fil, alors un tel capteur est facilement connecté au système de contrôle de la voiture - et une personne dont la concentration d'alcool dans le sang est supérieure au niveau autorisé ne sera jamais assise au volant d'une voiture. Le moteur ne démarre tout simplement pas.

De plus, à la demande du transporteur, ces capteurs peuvent envoyer automatiquement des informations aux forces de l'ordre et aux ambulances pour répondre automatiquement aux concentrations d'alcool extrêmes. Ce n'est un secret pour personne qu'une proportion importante de délits graves et de suicides sont commis en état d'ébriété. Une telle surveillance sauvera également de nombreuses vies.

Les ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé un biocapteur miniature ultra-faible puissance implantable qui peut être utilisé pour une surveillance continue à long terme de l'alcool. La puce est suffisamment petite pour être implantée dans le corps directement sous la surface de la peau et est alimentée par un appareil portable sans fil - par exemple, un smartphone, une smartwatch ou un autre appareil portable.

Un microcircuit miniature mesurant 0,85 × 1,5 mm ne nécessite que 970 nanowatts pour fonctionner. La transmission des données est effectuée par la méthode de rétrodiffusion (temps de mesure - pas plus de trois secondes). En principe, une si petite quantité d'énergie peut être produite directement à partir du corps humain: par exemple, en décomposant le sucre dans le sang, ou par la différence de température entre les circuits interne et externe du microcircuit. Ou de sources diverses: vibrations, ondes radio, etc. Mais dans ce cas, les développeurs ont mis en œuvre le moyen le plus simple d'obtenir de l'énergie d'un émetteur externe permanent, qui peut être n'importe quel gadget électronique ou électronique portable.


Le capteur par rapport au bord d'une pièce de un cent avec une épaisseur de 1,55 mm. Photo: David Baillot / UC of Diego San Diego Jacobs School of Engineering

«Le but ultime de ce travail est de développer un dispositif permanent et discret de surveillance de l'alcool et des drogues pour les patients des programmes de traitement de la toxicomanie», explique le chef de projet Drew Hall, professeur de génie électrique à l'UC San Diego Jacobs School of Engineering. Drew Hall travaille également avec le Wireless Center et le Wearable Sensor Center , qui travaillent tous à l'Université de Californie à San Diego.

L'un des problèmes des patients dans les programmes de traitement de la toxicomanie est le manque d'outils pratiques pour une surveillance continue. La façon la plus courante de mesurer le taux d'alcoolémie est maintenant avec des alcootests, des appareils plutôt maladroits. Pour les utiliser, vous devez prendre contact avec le patient et lui demander de l'aide, ce qui n'est pas toujours possible et pratique à faire. De plus, les alcootests ne donnent pas un résultat très précis et ils peuvent être dupes. Un test sanguin est la méthode la plus précise, mais elle doit être effectuée par un spécialiste qualifié.

Comme méthode alternative pour mesurer le niveau d'alcool dans le sang, il a été proposé d'utiliser des tatouages ​​spéciaux sur le corps avec des capteurs d'alcool intégrés, mais ils ne sont pas sans inconvénients. Ces tatouages ​​sont faciles à enlever - et ils sont destinés à une utilisation unique (c'est-à-dire que les tatouages ​​eux-mêmes sont temporaires). Selon les développeurs du nouveau capteur, l'injection sous-cutanée est l'option la plus fiable pour une surveillance précise et à long terme de l'alcoolémie pendant de nombreux mois et années.


Un capteur hypodermique comparé à un sou et à la pointe d'une aiguille de biopsie mesurant 16G (1,65 mm). Photo: David Baillot / UC of Diego San Diego Jacobs School of Engineering

Une puce de biocapteur d'un volume d'environ un millimètre cube est insérée sous la peau dans le liquide interstitiel qui entoure les cellules du corps. Le capteur est recouvert d' alcool oxydase (EC 1.1.3.13) . Cette enzyme interagit sélectivement avec l'alcool et produit des abats qui peuvent être détectés électrochimiquement. Les signaux électriques sont transmis sans fil à un appareil portable adjacent, comme une montre intelligente, qui sert également de source d'alimentation sans fil pour la puce. Deux capteurs supplémentaires sur la puce mesurent les signaux de fond et les niveaux de pH pour affiner les lectures de concentration d'alcool. Un stabilisateur de tension basse tension utilise des méthodes ampérométriques et potentiométriques avec une sensibilité de 2,5 nanoamères et 0,5 millivolt, respectivement.

La puce a déjà été testée en laboratoire sur un mélange d'éthanol dans du sérum humain dilué sous des couches de peau de porc. Aujourd'hui, les scientifiques prévoient de mener des expériences sur des porcs vivants. Les inventeurs ont déposé une demande de brevet pour cette technologie.

L'article scientifique «Un BioMote injectable multiparamètre inférieur à 1 μW pour la surveillance continue de l'alcool» a été présenté à la conférence IEEE Custom Integrated Circuits à San Diego le 10 avril 2018.