Fabriqué à partir de transistors au silicium de pointe, un capteur ultra-faible puissance permet de scanner en temps réel le contenu de liquides tels que la transpiration. Compatible avec l'électronique de pointe, cette technologie bénéficie d'une précision exceptionnelle, suffisante pour fabriquer des capteurs mobiles qui surveillent la santé.

Imaginez que c'est possible, grâce à un minuscule tampon électronique adhésif fixé au bras, connaître en temps réel son niveau d'hydratation, le stress ou la fatigue pendant le jogging. Un nouveau capteur développé au Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) de l'EPFL est la première étape vers cette application. "L'équilibre ionique dans la sueur d'une personne pourrait fournir des informations importantes sur l'état de sa santé, " dit Adrian Ionescu, directeur du Nanolab. "Notre technologie détecte la présence de particules chargées élémentaires en ultra-petites concentrations telles que les ions et les protons, qui reflète non seulement l'équilibre du pH de la sueur mais aussi l'hydratation plus complexe des états de fatigue. Par une fonctionnalisation adaptée, je peux également suivre différents types de protéines."

Une puce deux en un

Publié dans la revue ACS Nano , l'appareil est basé sur des transistors comparables à ceux utilisés par la société Intel dans les microprocesseurs avancés. Sur le transistor "FinFET" de pointe, les chercheurs ont fixé un canal microfluidique à travers lequel s'écoule le fluide à analyser. Quand les molécules passent, leur charge électrique perturbe le capteur, ce qui permet de déduire la composition du fluide.

Le nouvel appareil n'héberge pas que des capteurs, mais aussi des transistors et des circuits permettant l'amplification des signaux – une innovation de taille. L'exploit repose sur une conception en couches qui isole la partie électronique de la substance liquide. "D'habitude il faut utiliser séparément un capteur de détection et un circuit de calcul et d'amplification du signal, " dit Sara Rigante, auteur principal de la publication. "Dans notre puce, les capteurs et les circuits se trouvent dans le même appareil, ce qui en fait un « circuit intégré de détection ». Cette proximité garantit que le signal n'est pas perturbé ou altéré. Nous pouvons ainsi obtenir des mesures extrêmement stables et précises."

Mais ce n'est pas tout. En raison de la taille des transistors - 20 nanomètres, qui est cent à mille fois plus petite que l'épaisseur d'un cheveu - il est possible de placer tout un réseau de capteurs sur une seule puce, avec chaque capteur localisant une particule différente. "Nous pourrions également détecter le calcium, sodium ou potassium dans la sueur, ", précise le chercheur.

Un capteur à la stabilité exceptionnelle

La technologie développée à l'EPFL se démarque de ses concurrents car elle est extrêmement stable, compatible avec l'électronique existante (CMOS), ultra-faible consommation et facile à reproduire dans de grands réseaux de capteurs. « Dans le domaine des biocapteurs, la recherche autour des nanotechnologies est intense, notamment en ce qui concerne les nanofils et nanotubes de silicium. Mais ces technologies sont fréquemment instables et donc inutilisables pour l'instant dans des applications industrielles, " dit Ionescu. " Dans le cas de notre capteur, nous sommes partis d'extrêmement puissant, technologie de pointe et l'a adaptée aux besoins de détection dans une configuration FinFET à porte liquide. La précision de l'électronique est telle qu'il est facile de cloner notre appareil par millions avec des caractéristiques identiques."

En outre, la technologie n'est pas énergivore. "On pourrait en nourrir 10, 000 capteurs avec une seule cellule solaire, " affirme le professeur Ionescu.

Choisir la bonne technologie et la bonne architecture

Jusqu'ici, les tests ont été effectués en faisant circuler le liquide avec une petite pompe. Les chercheurs travaillent actuellement sur un moyen d'aspirer la sueur dans le tube microfluidique par mèche. Cela débarrasserait le petit "pansement" d'analyse de la nécessité d'une pompe attachée.