Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont mis au point une miniature, Biocapteur injectable à ultra-faible puissance qui pourrait être utilisé en continu, surveillance de l'alcool à long terme. La puce est suffisamment petite pour être implantée dans le corps juste sous la surface de la peau et est alimentée sans fil par un appareil portable, comme une montre connectée ou un patch.

"Le but ultime de ce travail est de développer une routine, dispositif discret de surveillance de l'alcool et des drogues pour les patients dans les programmes de traitement de la toxicomanie, " dit Drew Hall, un professeur de génie électrique à la UC San Diego Jacobs School of Engineering qui a dirigé le projet. Hall est également affilié au Center for Wireless Communications et au Center for Wearable Sensors, tous deux à l'UC San Diego. L'équipe de Hall a présenté ce travail lors de la conférence 2018 IEEE Custom Integrated Circuits (CICC) le 10 avril à San Diego.

L'un des défis pour les patients dans les programmes de traitement est le manque d'outils pratiques pour la surveillance de routine. Alcootests, actuellement le moyen le plus courant d'estimer les niveaux d'alcool dans le sang, sont des dispositifs maladroits qui nécessitent une initiation du patient et ne sont pas si précis, a noté Hall. Un test sanguin est la méthode la plus précise, mais il doit être effectué par un technicien qualifié. Les capteurs d'alcool à base de tatouage qui peuvent être portés sur la peau sont une nouvelle alternative prometteuse, mais ils peuvent être facilement retirés et ne sont qu'à usage unique.

« Un petit capteur injectable, qui peut être administré dans une clinique sans intervention chirurgicale, pourrait permettre aux patients de suivre plus facilement un programme de surveillance prescrit pendant de longues périodes, " dit Hall.

La puce du biocapteur mesure environ un millimètre cube et peut être injectée sous la peau dans le liquide interstitiel, le liquide qui entoure les cellules du corps. Il contient un capteur recouvert d'alcool oxydase, une enzyme qui interagit sélectivement avec l'alcool pour générer un sous-produit qui peut être détecté électrochimiquement. Les signaux électriques sont transmis sans fil à un appareil portable à proximité tel qu'une montre connectée, qui alimente également la puce sans fil. Deux capteurs supplémentaires sur la puce mesurent les signaux de fond et les niveaux de pH. Ceux-ci sont annulés pour rendre la lecture de l'alcool plus précise.

Les chercheurs ont conçu la puce pour consommer le moins d'énergie possible :970 nanowatts au total, ce qui représente environ un million de fois moins d'énergie qu'un smartphone consomme lors d'un appel téléphonique. "Nous ne voulons pas que la puce ait un impact significatif sur la durée de vie de la batterie de l'appareil portable. Et puisque nous l'implantons, nous ne voulons pas que beaucoup de chaleur soit générée localement à l'intérieur du corps ou une batterie potentiellement toxique, " dit Hall.

L'une des façons dont la puce fonctionne sur une puissance aussi ultra-faible consiste à transmettre des données via une technique appelée rétrodiffusion. Cela se produit lorsqu'un appareil à proximité comme une montre connectée envoie des signaux de fréquence radio à la puce, et la puce envoie des données en modifiant et en reflétant ces signaux vers la smartwatch. Les chercheurs ont également conçu des circuits de lecture de capteur à très faible consommation pour la puce et ont réduit son temps de mesure à seulement trois secondes, résultant en une consommation d'énergie moindre.

Les chercheurs ont testé la puce in vitro avec une configuration imitant un environnement implanté. Cela impliquait des mélanges d'éthanol dans du sérum humain dilué sous des couches de peau de porc.

Pour de futures études, les chercheurs prévoient de tester la puce sur des animaux vivants. Le groupe de Hall travaille avec CARI Therapeutics, une startup basée dans le Qualcomm Institute Innovation Space à UC San Diego, et le Dr Carla Marienfeld, un psychiatre spécialisé dans le traitement des toxicomanies à l'UC San Diego, spécialisé dans le traitement des personnes souffrant de troubles de la toxicomanie, pour optimiser la puce pour la surveillance de rééducation de prochaine génération. Le groupe de Hall développe des versions de cette puce qui peuvent surveiller d'autres molécules et médicaments dans le corps.

"Il s'agit d'une technologie de plate-forme de validation de principe. Nous avons montré que cette puce peut fonctionner pour l'alcool, mais nous envisageons d'en créer d'autres capables de détecter différentes substances d'abus et d'en injecter un cocktail personnalisé à un patient pour fournir à long terme, suivi médical personnalisé, " dit Hall.