alliés de la santé, utiles pour l’environnement et la robotique

Utilisés pour le diagnostic médical, les biocapteurs trouvent de l’espace et des domaines d’application potentiels même dans les secteurs industriels avancés, grâce à la combinaison avec des techniques d’intelligence artificielle

je biocapteur ils sont déjà utilisés aujourd’hui dans le diagnostic biomédical. Cependant, en perspective, ils peuvent permettre un pas de plus vers une médecine plus personnalisée et plus efficace. Leur utilisation est également précieuse dans le domaine de l’environnement, du contrôle alimentaire, de la découverte de médicaments et à l’avenir, la combinaison vertueuse avec les techniques d’intelligence artificielle devrait faire un saut de qualité.. La combinaison vertueuse de l’IA et de l’IoT trouve un lien utile dans les biocapteurs et permettra d’optimiser le parcours de soins, améliorant également la gestion des soins et la qualité des soins. De plus, cela contribuera à réduire les dépenses publiques de santé dans l’UE, qui s’élevaient déjà à 1 179 milliards d’euros en 2021, soit 8,1 % du PIB. L’approche technologique et axée sur les données pourrait apporter d’autres avantages en améliorant la qualité des soins, en rendant les coûts plus efficaces.

Le potentiel et les opportunités concrets et en développement générés par les biocapteurs suscitent un intérêt économique croissant : selon une étude récente de Rapports Croissance Plusle marché mondial des biocapteurs, évalué à 25,9 milliards de dollars en 2022, devrait atteindre 53,26 milliards de dollars d’ici 2031.

Il y a alors la recherche la plus avancée qui voit une application résolument futuriste des biocapteurs : la possibilité de faire fonctionner des robots et des machines grâce au pouvoir de l’esprit. Il y a déjà un projet à l’étude, comme on va le voir.

Emporter

Biocapteurs : qu’est-ce que c’est et quand ils sont nés

Les biocapteurs sont dispositifs qui mesurent des réactions biologiques ou chimiques, générant des signaux proportionnels à la concentration d’une substance dans la réaction. Les biocapteurs sont utilisés dans des applications de diagnostic, la surveillance des signes vitaux, la découverte de médicaments et la détection de polluants. De plus, ils peuvent permettre l’identification de micro-organismes potentiellement responsables de maladies, présents dans les fluides corporels (sang, urine, salive, sueur).

Les biocapteurs se composent généralement de : biorécepteur, transducteur, électronique et affichage. A ceux-ci s’ajoute leanalc’est un substance à détecter par le biocapteur (glucose, par exemple). Le biorécepteur c’est un molécule qui reconnaît spécifiquement l’analyte. Des exemples de biorécepteurs comprennent des enzymes, des cellules, de l’ADN et des anticorps. Le processus de génération du signal suite à l’interaction du biorécepteur avec l’analyte est appelé bioreconnaissance. Le transducteur c’est un élément qui convertit une forme d’énergie en une autre. Dans un biocapteur, le rôle du transducteur est de convertir l’événement de bioreconnaissance en un signal mesurable, à travers le processus de signalisation. La partie électronique traite le signal transduit et le prépare pour l’affichage. Les signaux traités sont mis en évidence par le afficher.

Je biosensori, en tant que concept, ils sont nés dans les premières décennies du XXe siècle, mais il a fallu attendre 1956 pour que le premier biocapteur détecte l’oxygène, développé par le biochimiste américain Leland Clark. Le même scientifique, dans les années 1960, a été le créateur de la première électrode enzymatique ampérométrique pour détecter le glucose. Ce n’est que dans les années 1970 que le premier biocapteur à l’échelle commerciale a été développé.

La fonction des biocapteurs, dans le domaine médical…

Les biocapteurs sont capables de détecter des échantillons biologiques, représentant des outils utiles pour comprendre la fonction, la composition et la structure des molécules biochimiques. Ils sont souvent appliqués pour détecter des protéines et des peptides, offrant ainsi un large éventail d’applications biomédicales. Ils trouvent également de la place en médecine légale. Toutefois c’est dans le diagnostic médical qu’ils peuvent apporter une contribution importante. À cet égard, l’un des domaines d’utilisation potentiellement les plus intéressants est représenté par le diagnostic précoce des maladies neurodégénératives et des tumeurs. Aujourd’hui, le diagnostic de la maladie d’Alzheimer reste une tâche complexe et réalisée avec des techniques coûteuses. Depuis un certain temps, la recherche a focalisé l’attention sur l’utilisation potentielle des biocapteurs comme alternatives prometteuses pour un diagnostic simple, rapide et peu coûteux. Il est bon de clarifier cela : il reste encore beaucoup à travailler et à étudier pour arriver à des possibilités concrètes. Pendant ce temps, cependant, la recherche continue. Cette année encore, une équipe de chercheurs de l’Université de Bologne a conçu et développé un biocapteur capable de surveiller le processus d’adhésion cellulaire au niveau des cellules individuelles. Dans le studio, publié dans Nature Communicationon lit que :

“L’outil pourrait trouver diverses applications dans le domaine biomédical, permettant par exemple d’observer le rôle de cellules individuelles dans le processus de formation tumorale ou lors de la phase de cicatrisation”.

… et environnemental

En plus d’être utiles dans le domaine médical, les biocapteurs peuvent être précieux dans le domaine environnemental. Une recherche récente menée par le CNR et l’Université de Bari a conduit à la création d’un

biocapteur électronique capable de détecter rapidement et avec précision présence de bactéries Xylella fastidiosaresponsable de l’abattage et de la mort d’environ 21 millions d’oliviers dans les Pouilles.

Une autre fonction écologique précieuse peut être remplie par les biocapteurs pour détecter les niveaux toxiques de fluorure dans l’eau, largement utilisés à des fins agricoles et industrielles, mais dont les effets sont nocifs pour la santé humaine. Au lieu de cela, une équipe de scientifiques de l’Université Northwestern a travaillé sur la mise en œuvre d’un test précis, peu coûteux et facile à utiliser pour détecter niveaux toxiques de fluorure dans l’eau. Dans le monde, on estime que des dizaines de millions de personnes vivent dans des zones où les réserves d’eau sont contaminées par des niveaux toxiques de fluorure, une substance incolore, inodore et insipide. L’ampleur du problème a été difficile à mesurer en raison du coût élevé ou de la complexité des options de test disponibles.

D’autre part, le nouveau biocapteur mis au point par certains chercheurs de Penn State pour retracer la présence de manganèse, un ion métallique essentiel à la vie. Le capteur pourrait avoir de vastes applications en biotechnologie pour faire progresser la compréhension de la photosynthèse et également en neurobiologie. Il pourrait même être appliqué dans des processus tels que la séparation des composants de métaux de transition (manganèse, cobalt et nickel) dans le recyclage des batteries lithium-ion.

L’utilisation de l’intelligence artificielle

L’utilité des biocapteurs peut augmenter, combinée à des techniques d’intelligence artificielle. Le point de rencontre est le données: Les biocapteurs, également sous forme de dispositifs portables, mesurent les signaux électrophysiologiques et électrochimiques du corps. Les activités électriques générées par divers processus biologiques de l’organisme (cardiaque, musculaire, électrodermique) peuvent être capturés par des appareils de diagnostic tels que des appareils portables et fournir des informations vitales sur l’état de santé d’une personne. En plus des smartwatches et des trackers de fitness, grâce à l’évolution de l’électronique, il est également possible de compter sur des éléments de biodétection, sous la forme d’appareils en contact avec la peau. Une fois les données générées, elles doivent être collectées et analysées. C’est là que les techniques d’apprentissage automatique et d’apprentissage en profondeur entrent en jeu. Dans le domaine de l’interaction homme-ordinateur, ML est utilisé pour percevoir les signaux d’électromyographie et d’ECG, DL est appliqué aux données électrocardiographiques pour le débruitage des données, pour détecter les anomalies cardiaques et même pour analyser l’activité cérébrale.

Malgré des progrès croissants, il reste encore un certain nombre d’obstacles importants à surmonter avant que les biocapteurs d’IA pour les applications basées sur l’Internet des objets ne soient commercialement matures. En tout cas, la route a été tracée et à l’avenir, il sera possible de voir des biocapteurs d’IA utilisés, également grâce aux nanotechnologies.

Les biocapteurs du futur

L’utilisation combinée de l’intelligence artificielle et des nanotechnologies dans le raffinement des biocapteurs est déjà signalée aujourd’hui. Un exemple récent est fourni par les travaux de certains scientifiques de Université Monash qui ont développé un nouvel appareil, ressemblant à un patch ultra fin, capable de surveiller 11 signes vitaux. L’équipe a développé un réseau neuronal basé sur la fréquence/amplitude appelé Deep Hybrid-Spectro, qui peut surveiller automatiquement plusieurs données biométriques à partir d’un seul signal, et à l’avenir travaillera à programmer les capteurs en utilisant des algorithmes encore plus sophistiqués pour les personnaliser.

Comme l’explique le professeur Wenlong Cheng, professeur de génie chimique et biologique et coordinateur de l’équipe qui a développé la technologie, capable de combiner électronique « douce », IA et nanotechnologie, la découverte :

« ouvre de nouvelles perspectives pour surveiller les signes vitaux, mais aussi travailler sur la robotique de la perception et faire le pont entre l’intelligence naturelle et l’intelligence artificielle ».

Encore plus futuriste est la recherche menée par un groupe de chercheurs de l’Université de technologie de Sydney. Ils ont développé biocapteurs capables de faire fonctionner des robots et des machines, uniquement par le contrôle de la pensée.

L’interface cerveau-ordinateur avancée a été développée en collaboration avec l’armée australienne et le Defense Innovation Hub.

Les biodispositifs sont placés sur le cuir chevelu, prêts à détecter les ondes cérébrales du cortex visuel. Le dispositif de réalité augmentée porté par l’utilisateur, permet de capter les ondes cérébrales de l’opérateur à travers le biocapteur et les transmettre à un décodeur qui traduit le signal en commandes.

La technologie a été récemment démontrée par l’armée australienne, où les soldats ont opéré un robot quadrupède, en utilisant l’interface cerveau-machine. L’appareil a permis une commande mains libres du chien robotique avec une précision allant jusqu’à 94 %.

En plus des applications militaires, la technologie a un potentiel important dans des secteurs tels que la fabrication de pointe, l’aérospatiale et la santé.

Reproduction réservée © (Article protégé par le droit d’auteur)