Un « bandage intelligent » alimenté sans fil pourrait fournir des médicaments

30 mai 2023

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par l'Université de Glasgow

Selon les scientifiques, une nouvelle génération de "bandages intelligents" sans fil et respectueux de l'environnement pourrait aider les patients souffrant de plaies non cicatrisantes à éviter les infections.

Le pansement pourrait aider à améliorer la qualité de vie des personnes qui vivent avec des plaies chroniques non cicatrisantes, qui nécessitent actuellement fréquemment un nettoyage et un traitement douloureux. Les plaies qui ne cicatrisent pas peuvent être un effet secondaire de certains médicaments ou facteurs de santé comme le diabète, le cancer ou des vaisseaux sanguins endommagés.

Une équipe de chercheurs du Royaume-Uni et de France a développé le premier pansement du genre, qui est intégré à des diodes électroluminescentes (LED) pour baigner les plaies dans une lumière ultraviolette stérilisante, empêchant la croissance de bactéries sans l'utilisation de médicaments comme antibiotiques.

La lumière UV est déjà largement utilisée pour stériliser des objets tels que le matériel chirurgical et les aliments frais. Traiter les infections bactériennes des plaies qui ne cicatrisent pas avec des rayons UV au lieu de médicaments pourrait aider à ralentir la montée de nouvelles souches dangereuses de bactéries résistantes aux antibiotiques appelées « superbactéries ».

Dans un nouvel article publié dans la revue IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, les chercheurs expliquent comment ils ont construit le bandage intelligent et démontré son efficacité antibactérienne.

Ils ont construit une bobine inductive mince et flexible qui pourrait être intégrée dans le tissu du bandage. La bobine utilise une technique appelée transfert de puissance sans fil à résonance magnétique pour alimenter les LED UV sans avoir besoin de piles.

Au lieu de cela, la bobine inductive reçoit sa puissance par voie aérienne, transmise à partir d'une seconde bobine connectée au secteur électrique. Les LED peuvent être alimentées indéfiniment simplement en gardant les bobines émettrice et réceptrice proches l'une de l'autre jusqu'à ce que le traitement antimicrobien soit terminé.

Lors de tests en laboratoire, les chercheurs ont exposé des échantillons d'une souche de bactéries gram-négatives appelées Pseudoalteromonas sp. D41 à la lumière UV fournie par le bandage intelligent. Certaines formes de bactéries gram-négatives peuvent provoquer une gamme d'infections graves chez l'homme.

Les tests ont montré que le bandage intelligent pouvait ralentir et arrêter la croissance de Pseudoalteromonas sp. D41 sur les surfaces des lames, éradiquant efficacement les bactéries en six heures. Les chercheurs suggèrent que le système pourrait trouver une utilisation dans les milieux médicaux pour faire de même pour les bactéries dans les plaies chroniques non cicatrisantes des patients.

Le professeur Steve Beeby, titulaire de la chaire RAEng en technologies émergentes à l'Université de Southampton, est co-auteur de l'article. Il a déclaré: "L'utilisation de la lumière ultraviolette pour tuer les virus et les bactéries est bien connue et il s'agit du premier travail à intégrer des LED émettant des UVC dans un pansement et à explorer son efficacité. Cette approche pourrait apporter un avantage significatif au traitement des plaies persistantes et est une avancée majeure par rapport aux bandages intelligents typiques qui tentent de surveiller l'état de la plaie."

Le Dr Mahmoud Wagih, de la James Watt School of Engineering de l'Université de Glasgow, est un autre co-auteur de l'article. Il a développé le système d'alimentation sans fil du bandage intelligent.

Le Dr Wagih a déclaré : « Les piles traditionnelles sont encombrantes, rigides et doivent être changées régulièrement. Cela les rend difficiles à utiliser dans les bandages, qui doivent épouser étroitement les contours du corps des patients pour fournir un traitement fiable sur plusieurs heures. Le système que nous avons développé est flexible et peut être intégré de manière transparente dans le tissu d'un bandage pour alimenter les LED, qui fournissent de la lumière UV-C sur n'importe quelle surface."

"Nous pensons que les bandages intelligents seront la clé des futurs soins de santé, mais nous devons être conscients de leur empreinte environnementale. Rien qu'au Royaume-Uni, plus de 40 000 tonnes de piles sont vendues chaque année et moins de la moitié d'entre elles sont recyclées. Notre technologie d'alimentation sans fil permettra aux wearables de soins de santé de se développer, de manière durable, comme une alternative aux traitements médicamenteux".

"Nous continuerons à collaborer au développement du pansement afin d'intégrer des capteurs capables de surveiller l'évolution des plaies, ainsi que de tester la technologie en milieu clinique dans les années à venir."

Le bandage intelligent est construit sur une technologie initialement développée par le Dr Wagih et ses collègues de l'Université de Southampton. La recherche est présentée dans un deuxième article, récemment publié dans IEEE Transactions on Industrial Electronics.

L'article démontre la première utilisation du transfert d'énergie sans fil à résonance magnétique pour fournir de l'électricité à des textiles standard en utilisant la broderie ou la sérigraphie, une caractéristique qui a contribué à rendre possible le bandage intelligent.

Dans ce cas, l'alimentation a été fournie à une résistance électronique flexible nouvellement développée en argent et en carbone qui a été imprimée sur une surface textile pour agir comme un élément chauffant portable. Le système était capable d'être chauffé jusqu'à 60◦C tout en étant séparé de l'émetteur de 2 cm à un rendement supérieur à 50 %.

Le Dr Wagih a déclaré: "Les appareils de chauffage consomment beaucoup d'énergie, de sorte que les appareils de chauffage à piles ont tendance à mâcher les piles très rapidement ou à ne fournir qu'une quantité modérée de chaleur pendant un peu plus longtemps avant qu'un changement ne soit nécessaire."

"Cet article montre comment le transfert d'énergie sans fil à résonance magnétique haute fréquence peut être utilisé pour alimenter un système de chauffage efficace intégré aux vêtements qui peuvent être lavés et réutilisés, ce qui est impossible avec des batteries conventionnelles."

"L'efficacité de la fourniture d'énergie est deux fois supérieure à celle des précédents récepteurs d'alimentation sans fil portables développés ailleurs. Compte tenu de l'importance des solutions de chauffage économes en énergie, cela ouvre de nouvelles possibilités d'utilisation dans les applications médicales, les vêtements chauffants pouvant être portés par temps froid, et plus."

Plus d'information: Irfan Ullah et al, Bandage intelligent sans médicament et anti-infectieux alimenté sans fil pour le soin des plaies chroniques, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems (2023). DOI : 10.1109/TBCAS.2023.3277318

Mahmoud Wagih et al, Un système de transfert de puissance sans fil à 6,78 MHz et 15 W à base de textile portable et son application de chauffage Joule sérigraphié, IEEE Transactions on Industrial Electronics (2023). DOI : 10.1109/TIE.2023.3277112