Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé un nouveau type d'électrode de surveillance de la santé qui présente une adhérence optimale à la peau et peut enregistrer des signaux de haute qualité. Deux jeunes fondateurs de spin-off veulent en faire un produit commercialisable dès cette année.

Toute personne ayant déjà subi un électrocardiogramme - par exemple, pour vérifier leur aptitude cardiaque - sera familiarisé avec les électrodes que le médecin attache à la poitrine. Cependant, les modèles d'électrodes classiques présentent des inconvénients considérables :les électrodes métalliques dures sont inconfortables à porter et ne sont pas adaptées à des mesures sur de longues périodes. Électrodes de gel, le type le plus couramment utilisé dans la pratique clinique quotidienne, provoquent souvent des irritations cutanées ou même des réactions allergiques chez les patients.

Maintenant, Les chercheurs de l'ETH dirigés par Janos Vörös, Professeur de Bioélectronique, et Christophe Hierold, Professeur de Micro et Nanosystèmes, ont trouvé une solution. Ils ont développé une électrode aussi élastique que la peau, de sorte qu'il est à peine perceptible par le porteur. La structure de surface spéciale permet aux signaux du cœur et du cerveau d'être enregistrés en haute qualité. Les chercheurs ont récemment publié les détails de leurs travaux dans la revue Matériaux de santé avancés .

Inspiré par la nature

Pour la nouvelle électrode, les chercheurs ont utilisé un matériau souple - un mélange non irritant de caoutchouc de silicone et de particules d'argent conductrices - issu d'un projet de recherche antérieur du groupe de Vörös. Pour la structure de surface, les scientifiques se sont inspirés de la nature :ils ont utilisé le mécanisme qui permet aux sauterelles de marcher même sur des surfaces verticales.

La plante des pieds de ces insectes est recouverte d'innombrables coussinets minuscules, qui ressemblent à des têtes de champignons au microscope et sont disposées comme une mosaïque. Lorsqu'ils entrent en contact avec une autre surface, un effet adhésif se produit, connue en termes techniques sous le nom d'interaction de Van der Waals.

Les chercheurs ont appliqué cette microstructure à leur matériau, créant une surface d'électrode qui adhère à la peau. En outre, la géométrie spéciale au niveau microscopique maximise la surface de contact entre la peau et l'électrode, permettant d'enregistrer des signaux de très haute qualité.

De la salle blanche à la piscine

Les chercheurs ont créé les prototypes dans une salle blanche en utilisant un processus de fabrication spécialement développé. Ils ont enduit une couche de base de deux peintures différentes et l'ont recouvert d'un masque perforé avec précision. Puis, ils ont exposé l'échantillon à la lumière, ce qui a rendu soluble la peinture photosensible supérieure directement sous les perforations. Prochain, ils l'ont plongé dans une solution chimique qui a attaqué en premier les zones solubles de la couche supérieure de peinture, avant de passer à la deuxième couche de peinture. À ce stade, les chercheurs ont arrêté le processus de dégradation précisément au bon endroit afin de créer le moule de coulée avec rien d'autre que des têtes de champignon inversées. Lors de la coulée, cela a produit une surface d'électrode adhésive spécifiquement structurée.

Pour vérifier si les électrodes fonctionnent même dans des conditions difficiles, les chercheurs les ont testés sur un nageur. En raison de la résistance à l'eau et des mouvements vigoureux impliqués dans la natation, ceci est considéré comme une discipline particulièrement difficile pour la surveillance des performances au moyen d'électrodes. Les résultats ont été impressionnants :la qualité des signaux enregistrés par les nouvelles électrodes était nettement meilleure que celle des électrodes en gel également portées par le nageur. En attendant, Le service de sauvetage du lac de Zurich a déjà manifesté son intérêt pour les nouvelles électrodes et les utilise dans le cadre d'une étude en cours.

Outre les électrodes pour l'enregistrement des courbes de débit cardiaque (électrocardiogrammes ou ECG), les chercheurs ont également développé une électrode pour la mesure des signaux cérébraux, connu sous le nom d'électroencéphalographie (EEG). La combinaison de matériaux est la même pour les deux types d'électrode, mais les structures diffèrent :les électrodes EEG n'ont pas besoin de la microstructure adhésive, car ils sont attachés à l'aide d'un capuchon. Au lieu, leur surface est munie de plusieurs picots de deux à quatre millimètres de hauteur qui permettent le contact avec le cuir chevelu même à travers des cheveux épais. Ainsi, le rasage et le gel ne sont pas nécessaires.

Prochaine étape :l'industrialisation

Séverine Chardonnens et Simon Bachmann, deux des auteurs de l'étude, étaient convaincus dès le départ du potentiel commercial de ces électrodes. Avant même d'avoir terminé leur Master, ils ont poussé l'idée de créer leur propre entreprise – et ils ont réussi :les deux jeunes scientifiques talentueux ont été acceptés dans les programmes de financement Venture Kick et CTI et ont déjà obtenu un important capital d'amorçage grâce à des concours de création d'entreprise.

Suite au développement réussi du prototype d'électrode et à la création officielle d'IDUN Technologies en tant que spin-off de l'ETH en novembre 2017, Chardonnens et Bachmann évaluent maintenant sur quelle application ils devraient d'abord se concentrer. Ils sont engagés dans des discussions intensives avec divers partenaires industriels et groupes de recherche. "La commercialisation vaut la peine dans les applications où les nouvelles électrodes offrent les plus grands avantages par rapport aux modèles existants, " dit Bachmann. " Nous voyons un potentiel dans le suivi à long terme des patients, dans le suivi des performances sportives et sur le marché de l'EEG."

Après avoir réglé la question de l'orientation stratégique, Chardonnens se concentrera sur le processus d'industrialisation dans son rôle de chef développeur, tandis que Bachmann se concentrera principalement sur l'acquisition de partenaires et de clients en sa qualité de PDG. « Si tout se passe comme prévu, nous pourrons vendre les premières électrodes dès cette année, " dit Chardonnens.