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Hybrid quantum dot and graphene wearable sensor for systemic hemodynamics and hydration monitoring

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Des détecteurs de boîtes quantiques de graphène pour une technologie de suivi médical portable de nouvelle génération

Les systèmes de suivi médical encombrants seront peut-être vite oubliés grâce aux nouveaux dispositifs développés dans le cadre du projet GRAPHEALTH. En effet, ces dispositifs pourraient contribuer à la conception des circuits imprimés flexibles du futur et à la création de marchés des technologies portables intelligentes.

Technologies industrielles
Santé

Le suivi médical, surtout durant l’exercice physique, a été l’une des premières applications qui a permis à la technologie portable intelligente d’évoluer d’un concept technologique intéressant vers de vrais produits commercialisables. Cependant, les systèmes de suivi médical élargis permettant de détecter tout type de marqueurs de santé ont tendance à devenir encombrants. Jusqu’à présent, les ingénieurs devaient chercher le meilleur compromis entre fonctionnalités et confort: seul un nombre limité de composants pouvait être intégré, ce qui rendait tout le système beaucoup moins intéressant. Selon le Dr Frank Koppens de l’Institut espagnol des sciences photoniques (ICFO), la solution réside dans les propriétés intrinsèques des détecteurs de boîtes quantiques de graphène (GQD) – des photodétecteurs avec des caractéristiques issues du graphène et des boîtes quantiques semi-conductrices. Les détecteurs GQD permettront en effet de concevoir un système flexible, compact et portable pour le suivi continu de la santé de l’utilisateur et de la santé musculaire des athlètes durant l’exercice physique ou après une blessure. «Notre photodétecteur est un dispositif caractérisé par une très grande sensibilité à la lumière sur une plage très étendue de longueurs d’onde, de 300 à 2200 nm. Et, plus important, il est flexible», souligne le Dr Koppens. «Cette propriété tient au fait qu'il est possible de placer le détecteur sur n’importe quel substrat flexible. Son épaisseur n’est que de quelques centaines de nanomètres, il peut donc parfaitement s’intégrer dans les capteurs portables». L’utilisation du graphène représente dans ce contexte un facteur crucial, car il assure une mobilité électronique considérable à un conducteur ultrafin possédant des propriétés de conductivité extrêmement élevées. En outre, le graphène peut être facilement transféré vers des substrats flexibles et peut couvrir des domaines relativement larges. «Voici comment cela fonctionne», explique le Dr Koppens. «La lumière, ambiante ou émise par un dispositif LED , pénètre la peau et entre en interaction avec le tissu du corps et les vaisseaux sanguins: elle est partiellement absorbée, mais également partiellement réfléchie. Et c’est dans ce dernier cas qu’elle peut être détectée par le détecteur. En outre, quand les vaisseaux sanguins se dilatent et se contractent suite aux pulsations cardiaques, le signal de photodétection sera également modulé. En d’autres termes, le pouls est directement visible depuis le signal de photodétection». Ce n’est bien sûr qu’un exemple. La technologie qui a été développée dans le cadre du projet GRAPHEALTH (Hybrid quantum dot and graphene wearable sensor for systemic haeemodynamics and hydration monitoring) a prouvé sa capacité d’être également utilisée dans le domaine de la surveillance de l’oxygène. D’autres marqueurs de santé importants pourront être également détectés. Les photodétecteurs GRAPHEALTH sont compatibles avec les procédés actuels de fabrication de circuits imprimés flexibles, ce qui signifie qu’ils ne devraient pas engendrer de coûts d’investissement importants pour l’industrie. «Nous avons créé plusieurs prototypes de technologie portable – dont un pour le poignet et un patch qui ressemble plus à un autocollant fin – et nous avons prouvé qu’ils peuvent être fabriqués à partir de graphène flexible utilisable dans de nombreux domaines», s’enthousiasme le Dr Koppens. Le projet étant à présent terminé, le Dr Koppens et son équipe ont l’intention de rendre le système GRAPHEALTH plus polyvalent en y intégrant davantage de marqueurs de santé. Ils veulent également concevoir un patch de santé entièrement intégré qui comprendrait non seulement le patch lui-même, mais également l’électronique et les transmissions mobiles de puissance et de données. «Il est difficile de faire des pronostics quant à l’éventuelle commercialisation du produit, car les marchés des circuits imprimés flexibles et de la technologie mobile sont tout nouveaux. Nous pouvons concevoir une large gamme de technologies mobiles différentes et les intégrer dans celles qui existent déjà, en les combinant par exemple avec les montres connectées. Notre défi actuel consiste à choisir intelligemment l’application sur laquelle nous voulons nous concentrer», conclut le Dr Koppens.

Mots‑clés

GRAPHEALTH, suivi médical, graphène, dispositifs mobiles intelligents

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