Mille-feuille de graphène pour un capteur de pression optimum à visée biomédicale

Résultats scientifiques
Vivant et santé
Molécules

La fabrication de capteurs de pression peine à obtenir des sensibilités élevées aux petites échelles. Cela complique la détection de phénomènes discrets et qui requièrent des mesures exactes, comme le pouls. Pour de telles applications biomédicales, des chercheurs de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (ISIS, CNRS/Université de Strasbourg) et les universités Adam-Mickiewicz de Poznań en Pologne et de Florence en Italie ont développé un capteur extrêmement sensible, basé sur des molécules agissant comme des ressorts, intercalées entre des feuilles de graphène. Ce dispositif, présenté dans la revue Advanced Materials, offre une sensibilité, un coût et une flexibilité adaptés à la surveillance de la santé et au diagnostic médical.

Les capteurs de pression traduisent les variations des forces exercées sur une surface en signaux électriques, qu’il s’agisse de la pression atmosphérique ou, pour les plus sensibles, d’un mouvement musculaire. Parmi les matériaux employés pour ces applications, le graphène est prisé pour son excellente conductivité électrique, sa flexibilité et sa grande surface. Il s’utilise également en contact direct avec la peau en toute sécurité. Des chercheurs de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (ISIS, CNRS/Université de Strasbourg) et les universités Adam-Mickiewicz de Poznań en Pologne et de Florence en Italie s’en sont donc servis afin de proposer un nouveau capteur de pression, flexible, moins cher et plus sensible.

Leur système repose sur un empilement de feuilles de graphène séparées par des molécules agissant comme des ressorts, de trois types et rigidités différents. La pression exercée réduit la distance entre ces feuilles, ce qui favorise le passage de courants électriques à travers la structure multicouche. Les variations de courant sont ensuite mesurées afin de quantifier la pression appliquée avec une grande précision. Placé contre la peau d’un patient, le capteur va mesurer son pouls avec une très haute résolution. Sous forme de matrice, ces capteurs cartographient même en 3D la pression exercée par un objet. Tous les éléments du dispositif, qui pourrait fonctionner avec de simples piles, sont disponibles commercialement et à bas coût. Ces résultats offrent de multiples perspectives pour la santé, la robotique et l’Internet des objets, soit la mise en réseau de nombreux appareils connectés.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet européen « Graphene Flagship – Core 2 » (Grant Agreement No 785219) et marquent une première étape du sous-projet « ChemSens » qui vise à développer un capteur multifonctionnel portable pour la détection d’espèces ioniques (Na+, K+) et de biomolécules (lactate, testostérone, cortisol). Ces travaux ont également été soutenus par le Fonds Ernest Solvay.

Référence

Chang-Bo Huang, Samanta Witomska, Alessandro Aliprandi, Marc-Antoine Stoeckel, Massimo Bonini, Artur Ciesielski & Paolo Samorì
Molecule–Graphene Hybrid Materials with Tunable Mechanoresponse: Highly Sensitive Pressure Sensors for Health Monitoring.
Advanced Materials – Janvier 2019
DOI: 10.1002/adma.201804600

Contact

Paolo Samori
Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires
Stéphanie Younès
Responsable Communication
Sophie Félix
Chargée de communication
Christophe Cartier dit Moulin
INC & Institut parisien de chimie moléculaire