Capteurs électroniques bio-inspirés en soies d’araignée : la révolution de la bioélectronique

Un groupe de chercheurs a récemment mis au point une nouvelle méthode innovante pour fabriquer des capteurs adaptatifs et respectueux de l’environnement. Ces capteurs peuvent être imprimés directement sur une variété de surfaces biologiques telles qu’un doigt, les feuilles ou un pétale de fleur, sans provoquer de perturbations ou d’inconfort pour l’utilisateur.

Cette avancée a été réalisée par des chercheurs de l’université de Cambridge, qui se sont inspirés de la soie d’araignée pour créer ces capteurs légers et écologiques. Grâce à leur souplesse et leur adaptabilité, ces fibres peuvent également intégrer de la bioélectronique, ce qui leur permet d’avoir différentes capacités de détection en fonction de l’application souhaitée.

Les innovations dans le domaine de l’électronique flexible offrent de nombreuses possibilités, mais les méthodes actuelles présentent également des inconvénients. L’un des principaux problèmes avec les capteurs portables en électronique flexible est que la plupart sont imprimés sur des films plastiques, les rendant imperméables au gaz et à l’humidité. Cela peut être comparable à envelopper la peau dans du film alimentaire. Bien que certains chercheurs aient récemment développé des dispositifs perméables aux gaz, comme des peaux artificielles, ils interfèrent toujours avec les sensations normales et utilisent des techniques de fabrication qui génèrent beaucoup de déchets et consomment beaucoup d’énergie.

L’impression 3D est un autre domaine exploré pour la bioélectronique, cependant elle produit souvent des dispositifs plus épais qui peuvent interférer avec le comportement normal. De même, le filage de fibres électroniques peut créer des dispositifs imperceptibles à l’utilisateur, mais ils manquent de sensibilité et de sophistication. De plus, il est difficile de les transférer sur des objets réels.

Pour résoudre ces problèmes, une équipe de chercheurs à Cambridge a mis au point une nouvelle méthode de fabrication de dispositifs bioélectroniques de haute performance. Inspirés par les araignées qui créent des structures de toile solides et adaptées à leur environnement avec un minimum de matériaux, les chercheurs ont utilisé un polymère conducteur biocompatible appelé PEDOT:PSS, de l’acide hyaluronique et de l’oxyde de polyéthylène pour filer leur “soie d’araignée” bioélectronique.

Même s’ils sont très répandus, les capteurs des appareils portables tels que les montres intelligentes peuvent être inconfortables et gênants. Le professeur Yan Yan Shery Huang, du département d’ingénierie de Cambridge, a dirigé des recherches sur ces fibres électroniques dans le but de les rendre imperceptibles pour l’utilisateur et durables.

Si vous voulez détecter avec précision quelque chose sur une surface biologique comme la peau ou une feuille, l’interface entre le dispositif et la surface est vitale. Nous voulons également que la bioélectronique soit totalement imperceptible pour l’utilisateur, afin qu’elle n’interfère en aucune manière avec la façon dont l’utilisateur interagit avec le monde, et nous voulons qu’elle soit durable et qu’elle produise peu de déchets. – Professeur Yan Yan Shery Huang.

Cette fibre très légère en forme de soie d’araignée est parfaitement adaptée à la peau et expose les pores de la sueur sans gêner l’utilisateur. Les capteurs sont si discrets qu’ils passent inaperçus et n’interfèrent en aucune manière avec les activités quotidiennes de l’utilisateur. Leur précision et leur efficacité ont été démontrées lors des tests effectués sur un doigt humain. En effet, La fabrication de ces capteurs se fait à partir de fibres extrêmement fines 50 fois plus petites qu’un cheveu humain. Ces fibres peuvent donc être imprimées directement sur la peau humaine sans être détectées par le porteur, offrant ainsi une solution idéale pour des applications de surveillance continue de la santé, pour comprendre les sensations cutanées ou même pour améliorer l’immersion dans les jeux ou les applications de réalité virtuelle. Cette avancée innovante dans le domaine de la bioélectronique ouvre de nouvelles perspectives pour une utilisation plus confortable et peu invasive de la technologie portable.

Les résultats ont été publiés aujourd’hui (24 mai) dans la revue Nature Electronics. En plus d’être très discrets, cette méthode d’ajout de capteurs sur des structures vivantes est non seulement respectueuse de l’environnement, mais également polyvalente dans ses applications.

L’autre avantage de cette technique est que les fibres sont si légères qu’elles peuvent être imprimées directement sur des surfaces délicates comme la tête d’un pissenlit sans affecter leur structure.

Cette nouvelle méthode de fabrication est également plus durable car elle utilise moins d’énergie et génère moins de déchets que les méthodes traditionnelles. Les fibres bioélectroniques sont réparables et peuvent être simplement lavées en fin de vie, ne laissant qu’une petite quantité de déchets (moins d’un milligramme de déchets). Les chercheurs estiment que ces dispositifs pourraient être utilisés dans des domaines tels que la surveillance de la santé, la réalité virtuelle, l’agriculture de précision et la surveillance de l’environnement.

En partenariat avec Cambridge Enterprise, l’université a déjà commencé à commercialiser cette recherche qui a été menée avec le soutien du Conseil européen de la recherche, Wellcome, la Royal Society et le Conseil de recherche en biotechnologie et en sciences biologiques. À l’avenir, ils espèrent intégrer d’autres matériaux fonctionnels dans cette méthode d’impression de fibres pour développer des capteurs encore plus sophistiqués avec des fonctions telles que l’affichage, le calcul et la conversion d’énergie.