Le développement de peaux électroniques artificielles, composées de capteurs souples, nécessite l’utilisation de matériaux fins, légers, résistants et flexibles. Les techniques de fabrication les plus récentes en microélectronique permettent désormais de répondre à ces exigences. Une équipe de chercheurs du MIT a conçu des capteurs en nitrure de gallium sans fil et sans batterie, capables d’analyser aussi bien les battements cardiaques, la sueur, que l’exposition aux UV.
Selon les chercheurs, les perspectives sont grandes et ces travaux ne sont que le début de l’aventure. En plus d’être capables de détecter le sodium, ces capteurs d’un nouveau genre seront un jour capables de détecter différents types de biomarqueurs vitaux tels que le glucose ou le taux de cortisol.
Les inconvénients des capteurs portables actuels
Dans le domaine de l’e-santé, les capteurs portables ont le vent en poupe. Ils permettent entre autres de mesurer le rythme respiratoire ou cardiaque, la température, le niveau de sudation, etc.
Ces dispositifs sans fil communiquent généralement en Bluetooth via des puces alimentées par des piles, ce qui les rend encombrants. Les études concernant la miniaturisation de ces capteurs se multiplient et les technologies les plus récentes permettent désormais de concevoir des capteurs ultrafins et autonomes.
Faire croître et décoller des films semi-conducteurs ultrafins grâce à l’épitaxie à distance
Il y a quelque temps, l’équipe de Jeehwan Kim (l’auteur correspondant de la présente étude) a mis au point une technique appelée épitaxie à distance. Cette technologie émergente¹ permet de produire des structures et couches minces monocristallines autonomes, c’est-à-dire sans support.
Grâce à cette technique, les chercheurs sont notamment capables de produire des semi-conducteurs ultrafins de haute qualité à partir de plaquettes recouvertes de graphène. Ceci leur a ainsi permis d’étudier différents types de films électroniques multifonctionnels et flexibles.
Des capteurs en nitrure de gallium
Le nitrure de gallium (GaN), lorsqu’il est pur et sans défaut, est un matériau piézoélectrique exceptionnel, car très sensible. Le GaN est aussi bien capable de vibrer en réponse à une impulsion électrique que de produire un signal électrique suite à une contrainte mécanique. Les chercheurs du MIT ont donc exploité les propriétés de ce matériau à la fois pour la détection et pour la communication sans fil.
Par ailleurs, afin d’améliorer la qualité des signaux électriques, les échantillons ont également été recouverts d’une couche d’or conductrice. Le tout forme ainsi un capteur ultrafin d’à peine 250 nm d’épaisseur (1/100e de cheveu !).
Des applications nombreuses
L’autre intérêt de ces capteurs c’est qu’ils ne sont pas gourmands en énergie. Ils peuvent ainsi être utilisés directement sur le corps, par exemple dans un bandage.
Dans un communiqué de presse, Yeongin Kim, premier auteur de l’étude et ancien postdoc du MIT, ajoute : « S’il y a un changement dans le pouls, ou des produits chimiques dans la sueur, ou même une exposition de la peau aux ultraviolets, toute cette activité peut changer le modèle des ondes acoustiques de surface sur le film de nitrure de gallium. »
En associant le dispositif à une membrane très fine capable de détecter les ions, les chercheurs ont ainsi pu détecter et transmettre les variations du taux de sodium dans la transpiration d’un volontaire.
Cela suppose qu’en utilisant d’autres types de membranes, il serait possible de détecter différents types de biomarqueurs, notamment le glucose ou le cortisol.
Image de Une, crédit : MIT
[1] Pour en savoir plus au sujet de cette technique nouvelle, vous pouvez aussi consulter cet autre article paru dans Nature.
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