Des chercheurs de l'Université de Pittsburgh ont développé un laboratoire portable sur puce qui utilise le sang pour produire de l'électricité, permettant ainsi un diagnostic sur place. Cette technologie, qui mesure la conductivité électrique du sang, peut évaluer les paramètres de santé et transformer les soins de santé en facilitant des tests non invasifs en temps réel.
Les chercheurs ont développé un appareil portable qui utilise le sang pour produire de l'électricité pour des diagnostics médicaux immédiats.
Cette technologie de laboratoire sur puce, destinée à lutter contre l'augmentation mondiale des troubles métaboliques, mesure la conductivité sanguine pour diagnostiquer instantanément des maladies comme le diabète, en particulier dans les zones mal desservies.
Augmentation mondiale des troubles métaboliques
Le diabète, l’ostéoporose et d’autres troubles métaboliques sont en plein essor partout dans le monde, notamment dans les pays en développement.
Le diagnostic de ces troubles repose généralement sur un test sanguin, mais comme l'infrastructure de santé existante dans les zones reculées n'est pas en mesure de prendre en charge ces tests, la plupart des individus ne sont ni diagnostiqués ni traités. Les méthodes conventionnelles impliquent également des processus invasifs et à forte intensité de main d'œuvre qui ont tendance à prendre du temps et rendent la surveillance en temps réel irréalisable, en particulier dans des contextes réels et dans les populations rurales.
Révolutionner le diagnostic avec les nouvelles technologies
Des chercheurs de l'Université de Pittsburgh et du centre médical de l'Université de Pittsburgh proposent un nouveau dispositif qui utilise le sang pour produire de l'électricité et mesurer sa conductivité, ouvrant ainsi la porte aux soins médicaux en tout lieu.
« À mesure que les domaines de la nanotechnologie et de la microfluidique continuent de progresser, il existe une opportunité croissante de développer des dispositifs de laboratoire sur puce capables de contourner les contraintes des soins médicaux modernes », a déclaré Amir Alavi, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l'université. École d'ingénierie Swanson de Pitt. « Ces technologies pourraient potentiellement transformer les soins de santé en offrant des diagnostics rapides et pratiques, améliorant ainsi les résultats pour les patients et l’efficacité des services médicaux. »
Maintenant, nous avons du bon sang
La conductivité électrique du sang est une mesure précieuse pour évaluer divers paramètres de santé et détecter des problèmes médicaux.
Cette conductivité est majoritairement régie par la concentration en électrolytes essentiels, notamment en ions sodium et chlorure. Ces électrolytes font partie intégrante d’une multitude de processus physiologiques, aidant les médecins à établir un diagnostic.
« Le sang est essentiellement un environnement à base d'eau qui contient diverses molécules qui conduisent ou entravent les courants électriques », a expliqué le Dr Alan Wells, directeur médical des laboratoires cliniques de l'UPMC, vice-président exécutif de la section de médecine de laboratoire de l'Université de Pittsburgh et de l'UPMC. et professeur Thomas Gill III de pathologie, Pitt School of Medicine, Département de pathologie. « Le glucose, par exemple, est un conducteur électrique. Nous pouvons voir comment cela affecte la conductivité grâce à ces mesures. Cela nous permet ainsi de poser un diagnostic sur place.
Malgré sa vitalité, la connaissance de la conductivité sanguine humaine est limitée en raison des défis de mesure tels que la polarisation des électrodes, l’accès limité aux échantillons de sang humain et les complexités associées au maintien de la température sanguine. La mesure de la conductivité à des fréquences inférieures à 100 Hz est particulièrement importante pour mieux comprendre les propriétés électriques du sang et les processus biologiques fondamentaux, mais elle est encore plus difficile.
Un laboratoire de poche
L’équipe de recherche propose un dispositif innovant et portable de laboratoire sur puce à nanogénérateur millifluidique capable de mesurer le sang à basse fréquence. Le dispositif utilise le sang comme substance conductrice dans son nanogénérateur triboélectrique intégré, ou TENG. Le système TENG proposé à base de sang peut convertir l’énergie mécanique en électricité via la triboélectrification.
Ce processus implique l’échange d’électrons entre matériaux en contact, entraînant un transfert de charge. Dans un système TENG, le transfert d'électrons et la séparation de charges génèrent une différence de tension qui entraîne le courant électrique lorsque les matériaux subissent un mouvement relatif comme une compression ou un glissement. L'équipe analyse la tension générée par l'appareil dans des conditions de charge prédéfinies pour déterminer la conductivité électrique du sang. Le mécanisme d’auto-alimentation permet la miniaturisation du nanogénérateur à base de sang proposé. L’équipe a également utilisé des modèles d’IA pour estimer directement la conductivité électrique du sang à l’aide des modèles de tension générés par l’appareil.
Pour tester son précision, l'équipe a comparé ses résultats avec un test traditionnel qui s'est avéré efficace. Cela ouvre la porte à la réalisation des tests là où les gens vivent. De plus, les nanogénérateurs alimentés par le sang sont capables de fonctionner dans le corps partout où du sang est présent, permettant ainsi des diagnostics auto-alimentés utilisant la chimie sanguine locale.
Parmi les autres chercheurs participant à ce projet figurent :
- Jianzhe Luo, doctorant, Université de Pittsburgh
- Wenyun Lu, doctorant, Université de Pittsburgh
- Daeik Jang, associé postdoctoral, Université de Pittsburgh
- Qianyun Zhang, professeur de génie civil, Université d'État du Nouveau-Mexique
- Mensuan Meng, doctorant, Université de Pittsburgh
