Des capteurs portables imprimés sur des matériaux naturels analysent les substances présentes dans la sueur

Un capteur portable imprimé sur de la nanocellulose microbienne, un polymère naturel, a été créé au Brésil par des chercheurs de l'Université de São Paulo (USP) à São Carlos en collaboration avec des collègues de l'Université d'État de São Paulo (UNESP) à Araraquara, l'Université d'Araraquara. (UNIARA), l'Université de Campinas (UNICAMP) et le Laboratoire national brésilien de nanotechnologie (LNNano).

Le capteur adhérant à la peau est un substitut amélioré aux capteurs conventionnels imprimés sur des surfaces en plastique. Il peut être utilisé pour la détection et la surveillance non invasive des fluides corporels présents dans la sueur.

L'étude a été menée par Osvaldo Novais de Oliveira Junior et soutenue par la FAPESP via les projets «Biocapteurs imprimés et implantables fabriqués à partir de biopolymères pour la surveillance à long terme», «Conception et fabrication de dispositifs flexibles nanostructurés pour la détection de biomarqueurs» et «Développement de dispositifs analytiques des outils basés sur des langues électroniques pour la détection simultanée de menaces bactériennes », ainsi qu'une subvention d'équipement multi-utilisateur.

L'article intitulé "Nanocellulose microbienne adhérente à la peau humaine utilisée dans les capteurs électrochimiques pour détecter les ions métalliques et les biomarqueurs dans la sueur" est publié dans la revue Talanta.

"La nanocellulose microbienne est un polymère 100% naturel. Elle est produite par des bactéries issues du sucre. Son principal avantage par rapport au plastique est sa bien meilleure interface avec la peau humaine. Elle est disponible dans le commerce depuis quelques années pour être utilisée dans les pansements, entre autres applications, mais il n'avait jamais été étudié auparavant comme substrat de capteur électrochimique », a déclaré Robson Rosa da Silva, co-premier auteur de l'article.

L'un des problèmes des capteurs portables sur des substrats en plastique est que la transpiration forme une barrière entre la peau et le capteur, gênant la détection et favorisant les allergies. «La nanocellulose est totalement respirante, ce qui permet à la sueur d'atteindre la couche active de l'électrode», a déclaré Silva.

Le capteur est un petit rectangle adhésif de 1,5 cm de longueur sur 0,5 cm de largeur et est aussi fin qu'une feuille de papier de soie. Il peut détecter une gamme de biomarqueurs, tels que le sodium, le potassium, l'acide urique, l'acide lactique et le glucose, entre autres. "Ces éléments ou substances circulent dans la circulation sanguine et sont également détectables dans la sueur. Par conséquent, la surveillance du diabète est une application possible du capteur de nanocellulose. Une autre est le contrôle hormonal chez les femmes via la détection de l'hormone estradiol", a déclaré Silva.

L'appareil peut également être utilisé pour détecter la présence de polluants atmosphériques dans les organismes. "Comme preuve de concept, nous avons exposé le capteur à de faibles niveaux de métaux toxiques tels que le plomb et le cadmium, et le résultat a été positif", a-t-il déclaré.

Les unités de détection sont imprimées sur le substrat microbien de nanocellulose à l'aide d'une sérigraphie semi-automatique et d'une pâte à forte concentration de particules de carbone. Le carbone est préféré en raison de sa conductivité électrique importante. "Les réactions chimiques d'oxydoréduction produisent un signal électrique qui mesure la concentration du métabolite d'intérêt", a expliqué Paulo Augusto Raymundo Pereira, l'autre co-premier auteur de l'article.

"Le capteur est relié à un potentiostat qui effectue des mesures électrochimiques au moyen de variations du courant électrique. Les données obtenues sont transmises à un ordinateur et converties en courbes standard."

Selon Pereira, la communication sans fil entre le capteur et un appareil de mesure et de lecture de données peut être facilement conçue.

Les chercheurs étudient actuellement l'utilisation du capteur pour administrer des médicaments et travaillent sur des moyens de le rendre commercialement réalisable. La première phase du projet "Fabrication d'électrodes sérigraphiées sur des substrats biodégradables (nanocellulose et films d'oignon Allium cepa L.) pour les applications médicales, alimentaires et agro-industrielles, "menée par Biosmart Nanotechnology, a été soutenue par le programme PIPE (Innovative Research in Small Business) de la FAPESP.