Un capteur à fibre extensible et suturable pour surveiller la tension des tissus biomécaniques

Un capteur à fibre extensible et suturable pour surveiller la tension des tissus biomécaniques

Capteur de déformation de fibre suturable. Le capteur comprend deux électrodes à fibres conductrices en structure double hélicoïdale avec un noyau creux. Crédit: Lee et al. (Nature Electronics, 2021).

L’électronique implantable fait partie des technologies de santé les plus prometteuses, car elle peut aider à surveiller à distance des processus biologiques spécifiques associés à la santé d’un patient. Alors que les chercheurs ont développé une variété de dispositifs implantables au cours de la dernière décennie environ, les technologies existantes présentent plusieurs limites qui peuvent empêcher leur utilisation généralisée en milieu clinique.

Le premier facteur empêchant la mise en œuvre à grande échelle des technologies implantables existantes est l’inadéquation structurelle entre ces dispositifs et la plupart des organes / tissus du corps, qui ont généralement des structures 1D ou 3D complexes. Deuxièmement, la fixation fiable de dispositifs électroniques souples sur des organes en mouvement ou en pulsation s’est jusqu’à présent avérée très difficile.

Des chercheurs du Daegu-Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST) en Corée du Sud et de l’ETH Zürich ont récemment développé un nouveau dispositif de détection de déformation à base de fibres qui pourrait surmonter les limites de l’électronique implantable existante. Ce capteur, présenté dans un article publié dans Electronique Nature, comprend un capteur de contrainte capacitif à fibre avec une bobine inductive pour une lecture sans fil.

« L’objectif principal de ce travail était de surmonter les limites pratiques des dispositifs électroniques implantables existants », a déclaré Jaehong Lee, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. TechXplore. «Pour y parvenir, nous avons développé un dispositif électronique implantable (en particulier, un capteur de contrainte sans fil) fait de fibre suturable, qui améliore considérablement l’inadéquation structurelle des dispositifs implantables planaires existants et les problèmes de fixation.

Le capteur de contrainte créé par Lee et ses collègues est constitué de deux électrodes à fibres conductrices placées dans une structure à double hélice avec un noyau creux. Lorsqu’une contrainte de traction est appliquée aux deux fibres, elles se redressent, ce qui modifie une propriété électrique spécifique du capteur (c’est-à-dire sa capacité).

« Nous pouvons surveiller la déformation appliquée en mesurant sans fil le changement de capacité du capteur », a déclaré Lee. « Sur la base du noyau creux du capteur, les fibres conductrices à double hélice peuvent être rapidement redressées sous la contrainte de traction, obtenant une sensibilité plus élevée que celle des capteurs de contrainte capacitifs existants. Plus important encore, le capteur de contrainte dans ce travail peut être directement suturé lui-même sur les tissus ou organes cibles en raison de son avantage structurel unique, qui assure une fixation stable pendant de longues périodes. « 

Lee et ses collègues ont évalué leur capteur implantable en exécutant une série d’analyses et de simulations mathématiques. Ils ont constaté que l’appareil fonctionnait remarquablement bien. De plus, ses performances pourraient être modulées ou adaptées pour répondre aux besoins d’applications spécifiques.

Le capteur développé par cette équipe de chercheurs pourrait aider à surmonter les principales limitations pratiques des dispositifs implantables existants (c.-à-d. Inadéquation structurelle et fixation stable). Contrairement à d’autres solutions développées dans le passé, en effet, ce nouveau dispositif pourrait être directement suturé sur des tissus ou organes cibles.

À l’avenir, cette étude récente de Lee et de ses collègues pourrait ainsi contribuer au développement d’une électronique plus efficace et plus fiable pour surveiller des signaux biomécaniques spécifiques à l’intérieur du corps humain. Par exemple, le dispositif des chercheurs pourrait s’avérer précieux pour la rééducation personnalisée dans les applications orthopédiques et pour l’examen de la biomécanique liée au sport.

« Au meilleur de nos connaissances, il s’agit de la première démonstration d’un système électronique suturable pour des applications biomédicales et nous pensons que ce sera un grand pas en avant vers les applications cliniques des dispositifs électroniques implantables », a déclaré Lee. «Dans la prochaine étape, le système de détection devrait être rendu biorésorbable, afin de supprimer la nécessité d’une deuxième intervention chirurgicale pour retirer le dispositif implanté après utilisation. Par conséquent, nous travaillons maintenant à faire évoluer le capteur implantable à base de fibres vers un système entièrement biorésorbable.  »


Le capteur suit les niveaux de cortisol en temps réel


Plus d’information:
Capteurs à fibres extensibles et suturables pour la surveillance sans fil de la tension du tissu conjonctif. Electronique Nature(2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00557-1.

© Réseau Science X 2021

Citation: Un capteur de fibre extensible et suturable pour surveiller la souche de tissu biomécanique (2021, 7 mai) récupéré le 7 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-stretchable-suturable-fiber-sensor-biomechanical.html

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