Mille-feuille de graphène pour un capteur de pression optimum à visée biomédicale
Publié par Isabelle le 31/01/2019 à 14:00
Source: CNRS INC
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 (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation...) supramoléculaires (ISIS, CNRS/Université de Strasbourg) et les universités Adam-Mickiewicz de Poznań en Pologne et de Florence (Florence (en italien Firenze) est une ville d'Italie, capitale de la région de Toscane et chef-lieu de province (370 051 habitants, les Florentins). Située au pied de l'Apennin septentrional,...) en Italie ont développé un capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de...) extrêmement sensible, basé sur des molécules agissant comme des ressorts, intercalées entre des feuilles de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.). Ce dispositif, présenté dans la revue Advanced Materials, offre une sensibilité, un coût et une flexibilité adaptés à la surveillance de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) et au diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et...) médical.


Principe du capteur: des ressorts moléculaires intercalés entre des feuilles de graphène. © Chang-Bo Huang.

Les capteurs de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) traduisent les variations des forces exercées sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) en signaux électriques, qu'il s'agisse de la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) ou, pour les plus sensibles, d'un mouvement musculaire. Parmi les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) employés pour ces applications, le graphène est prisé pour son excellente conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.), sa flexibilité et sa grande surface. Il s'utilise également en contact direct avec la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) 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 (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est prodigué un soin.), le capteur va mesurer son pouls (Le pouls est la perception du flux sanguin pulsé par le cœur par la palpation d'une artère.) avec une très haute résolution. Sous forme de matrice, ces capteurs cartographient même en 3D la pression exercée par un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par...). 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 (L'Internet des objets représente l'extension d'Internet à des choses et à des lieux dans le monde réel. Alors qu'Internet ne se prolonge habituellement pas au-delà du monde électronique,...), soit la mise en réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) de nombreux appareils connectés.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) 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.

Références publication
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

Contacts chercheurs
Paolo Samorì (ISIS), ISIS UMR7006.
Courriel: samori@unistra.fr
T 03 68 85 51 60.

Contacts institut.
Sophie Félix, Stéphanie Younès, INC Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles...)
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