Des chercheurs du Collège d'ingénierie de l'Université Purdue ont inventé et développent des dispositifs médicaux non invasifs pour rendre la surveillance et le traitement de certaines conditions physiologiques et psychologiques plus rapides et plus précis.
Wenzhuo Wu, professeur agrégé Ravi et Eleanor Talwar Rising Star de génie industriel, a déclaré que la surveillance non invasive et répétée des niveaux d'acide urique (UA) dans la sueur humaine sur de longues périodes pourrait permettre un diagnostic, une thérapie et un pronostic sans précédent de plusieurs conditions, y compris l'anxiété et l'hypertension.
"Mon équipe et moi avons créé de nouveaux capteurs portables non invasifs qui surveillent les niveaux d'acide urique dans la sueur humaine", a déclaré Wu. "Ces capteurs en instance de brevet, appelés EPICS, ont une sensibilité plus élevée et une meilleure portabilité et peuvent être fabriqués à partir de matériaux moins coûteux que les capteurs traditionnels mesurant les niveaux d'acide urique."
Un article sur la recherche a été publié dans Nano Energy.
Wu a déclaré que l'UA est produite dans le corps humain en tant que produit final du métabolisme des purines. Il agit également comme une alarme qui déclenche une inflammation en tant que réponse immunitaire.
"Une variation de la concentration d'UA pourrait indiquer des maladies physiologiques telles que la goutte, l'hyperuricémie et l'hypertension, ainsi que des conditions psychologiques telles que l'anxiété et la dépression", a déclaré Wu.
« Des études récentes rapportent que les maladies physiologiques associées à des niveaux anormaux d'UA affectent environ 1 à 4 % de la population mondiale et coûtent plus de 20 milliards de dollars en dépenses médicales annuelles. Les conditions psychologiques associées à des niveaux anormaux d'UA affectent 8,74 % de la population américaine et coûtent 33,7 milliards de dollars en dépenses médicales connexes par an."
Wu a expliqué qu'il existe des mesures cliniques bien établies des niveaux d'UA dans le sang, utilisées pour le métabolisme et le contrôle nutritionnel. Il a également dit qu'ils présentaient des inconvénients.
"La nature intrusive de la collecte de sang et le délai entre le prélèvement des échantillons et l'analyse constituent des obstacles majeurs, en particulier pour les traitements personnalisés à distance comme la prévention des poussées et le contrôle nutritionnel juste à temps", a déclaré Wu. "La surveillance des niveaux d'UA dans les échantillons de sueur présente l'avantage d'être non invasive et d'offrir des résultats en temps réel."
Wu a déclaré que les capteurs portables actuels pour mesurer les niveaux d'UA dans la sueur présentent plusieurs limites, notamment des processus de fabrication compliqués, des instruments sophistiqués, des matières premières coûteuses et des performances insatisfaisantes.
"Les niveaux d'UA dans la sueur d'un être humain en bonne santé sont nettement inférieurs aux niveaux d'UA dans le sang. Cela signifie que les capteurs doivent avoir des limites de détection supérieures", a déclaré Wu. "De plus, la surveillance continue nécessite un contact intime entre le capteur UA et la peau humaine, ce qui impose des exigences supplémentaires quant à la portabilité des capteurs."
Wu et son équipe ont développé EPICS, des capteurs flexibles et non invasifs qui surveillent l'acide urique présent dans la sueur humaine. Ils ont créé les capteurs à partir d'oxyde de zinc, un matériau non toxique, biocompatible et électrochimiquement actif.
"Notre conception permet une surveillance non invasive de l'UA avec une performance améliorée par une énergie mécanique autrement gaspillée, comme celle du corps humain", a déclaré Wu. "Les principes fondamentaux piézo-électrocatalytiques peuvent également être étendus à d'autres matériaux piézoélectriques dotés de propriétés catalytiques pour une détection haute performance dans les domaines biomédical, pharmaceutique et agricole."
Wu et son équipe testent EPICS au Flex Lab de l'Université Purdue depuis l'été 2021. Il a déclaré que les résultats montrent qu'EPICS a surpassé les capteurs UA traditionnels lors des tests.
"Nous avons démontré que les dispositifs EPICS permettent d'améliorer quatre fois les performances de détection de l'UA avec une petite contrainte de compression renforcée par la piézo-électrocatalyse lors de l'oxydation électrochimique de l'UA sur les surfaces de nanotiges d'oxyde de zinc déformées mécaniquement", a déclaré Wu. "Les appareils EPICS présentaient une sensibilité et une limite de détection supérieures, surpassant tous les capteurs UA électrochimiques flexibles signalés."
Wu et l'équipe de recherche effectueront des tests supplémentaires pour valider la détection sur le corps d'EPICS et évaluer les performances du capteur au fil du temps.
Plus d'informations : Jing Jiang et al, Capteur d'acide urique piézo-électrocatalytique flexible, Nano Energy (2023). DOI :10.1016/j.nanoen.2023.108978
Informations sur le journal : Nanoénergie
Fourni par l'Université Purdue
