Apprendre des sauterelles

Quiconque a déjà fait réaliser un électrocardiogramme, par exemple pour vérifier sa forme cardiaque, conna?t les électrodes que le médecin fixe sur sa poitrine. Les modèles d'électrodes traditionnels présentent toutefois des inconvénients majeurs : Les électrodes métalliques dures sont inconfortables à porter et donc inacceptables pour des mesures de longue durée. Avec les électrodes en gel, telles qu'elles sont le plus souvent utilisées dans la pratique clinique quotidienne, les patients souffrent plus souvent d'irritations cutanées, voire de réactions allergiques.

Des chercheurs de l'ETH menés par Janos V?r?s, professeur de bioélectronique, et Christopher Hierold, professeur de micro- et nanosystèmes, sont parvenus à remédier à cette situation. Ils ont développé une électrode dont l'élasticité est similaire à celle de la peau et que le sponsor ne sent donc presque pas. Gr?ce à la structure spéciale de la surface, les signaux du c?ur et du cerveau peuvent être enregistrés avec une grande qualité. Les chercheurs ont récemment publié leur travail dans la revue spécialisée c?té externeMatériaux de santé avancés publiés.

Inspiré par la nature

Pour la nouvelle électrode, les chercheurs ont utilisé un matériau souple, un mélange de caoutchouc de silicone et de particules d'argent conductrices bien toléré par la peau, qui remonte à un travail de recherche antérieur du groupe de Janos V?r?s. Pour la structuration de la surface, les scientifiques se sont inspirés de la nature : Ils ont utilisé le mécanisme qui permet aux sauterelles de marcher même sur des surfaces verticales.

La plante des pieds de ces insectes est recouverte d'innombrables minuscules plaquettes qui, vues au microscope, ressemblent à des têtes de champignons et sont disposées en mosa?que. Lorsqu'elles entrent en contact avec une autre surface, il se produit un effet de collage, connu dans le jargon sous le nom d'interaction de Van der Waals.

Les chercheurs ont transféré cette microstructure sur leur matériau et ont ainsi créé une surface d'électrode qui adhère à la peau. La géométrie spéciale au niveau micro maximise en outre la surface de contact entre la peau et l'électrode, ce qui permet d'enregistrer des signaux de très haute qualité.

De la salle blanche à la piscine

Les chercheurs ont fabriqué les prototypes en salle blanche selon un procédé de fabrication spécialement développé à cet effet. Ils ont enduit un support de deux vernis différents et l'ont recouvert d'un masque perforé avec précision. Ils ont ensuite exposé le tout à la lumière, ce qui a permis de détacher le vernis supérieur sensible à la lumière exactement sous les zones perforées. Ils ont ensuite plongé le tout dans une solution chimique. Celle-ci s'est d'abord attaquée aux parties solubles du vernis supérieur, puis a continué son chemin vers le deuxième vernis. Là, les chercheurs ont stoppé la dégradation au moment exact où ils le souhaitaient, de manière à obtenir le moule souhaité avec des têtes de champignons inversées. Le moulage a ensuite permis d'obtenir une surface d'électrode spécialement structurée et adhérente.

Pour vérifier si les électrodes fonctionnent même en cas d'effort intense, les chercheurs les ont testées sur une nageuse. En raison de la résistance de l'eau et des mouvements puissants, la natation est considérée comme une discipline particulièrement difficile pour la surveillance des performances au moyen d'électrodes. Les résultats ont été convaincants : la qualité des signaux enregistrés par les nouvelles électrodes était nettement meilleure que celle des électrodes en gel que la nageuse portait également. Entre-temps, le sauvetage en mer de Zurich s'est déjà montré intéressé par les nouvelles électrodes et les utilise dans le cadre d'une étude en cours.

Outre une électrode pour l'enregistrement des courbes de courant cardiaque, les électrocardiogrammes (ECG), les chercheurs ont également développé une électrode pour la mesure des courants cérébraux, l'électroencéphalographie (EEG). Le mélange de matériaux est le même pour les deux types d'électrodes, mais la structure est différente : Les électrodes EEG n'ont pas besoin de la microstructure adhésive, car elles sont chacune fixées par un capuchon. Leur surface est plut?t dotée de plusieurs picots de deux à quatre millimètres de haut, ce qui permet un contact avec le cuir chevelu, même à travers les cheveux épais. Le rasage et le gel deviennent ainsi inutiles.

Next step : Industrialisation

Séverine Chardonnens et Simon Bachmann, deux des auteurs de l'étude, étaient convaincus dès le début que de telles électrodes avaient un fort potentiel commercial. Alors qu'ils étaient encore en master, ils ont commencé à faire avancer l'idée de leur propre entreprise. Avec succès : les deux jeunes talents ont été admis dans les programmes d'encouragement de Venture Kick et de la CTI et ont déjà gagné un certain capital de départ dans des concours de start-up.

Après le développement réussi des prototypes d'électrodes et la création officielle de "IDUN Technologies" en tant que spin-off de l'ETH en novembre 2017, Chardonnens et Bachmann évaluent maintenant sur quelle application ils veulent se concentrer dans un premier temps. Pour cela, ils échangent intensivement avec différents partenaires industriels et groupes de recherche. "La commercialisation vaut la peine là où les nouvelles électrodes présentent les plus grands avantages par rapport aux précédentes", explique Bachmann. "Nous voyons un potentiel dans la surveillance à long terme des patients, dans le contr?le des performances dans le domaine du sport ou sur le marché de l'EEG".

Dès que la question de l'orientation stratégique sera réglée, Chardonnens se concentrera sur l'industrialisation en tant que développeur en chef, tandis que Bachmann, en tant que directeur, se concentrera en premier lieu sur l'acquisition de partenaires et de clients. "Si tout se passe comme prévu, nous pourrons vendre les premières électrodes dès cette année", affirme Chardonnens.