"Les capteurs médicaux sans fil peuvent améliorer le confort du patient"

30 mai 2023

Image: Dinesh R Gawade

Le chercheur au doctorat de Tyndall, Dinesh R Gawade, développe des dispositifs de détection sans fil et sans batterie qui ont de nombreuses applications, notamment dans les soins de santé et pour la surveillance des artefacts de musée.

Dinesh R Gawade attribue à son superviseur académique, le Dr John L Buckley, le soutien, la motivation et les connaissances nécessaires pour réussir dans son travail. "Son implication active et sa volonté de perfection ont façonné mon état d'esprit de recherche", a déclaré Gawade.

"Il m'encourage toujours à rechercher de nouvelles perspectives de recherche et à contribuer à l'innovation et à l'impact des technologies profondes grâce à l'excellence de la recherche."

Gawade poursuit un doctorat avec l'équipe de radiofréquence (RF) et de conception d'antennes, le groupe de réseaux de capteurs sans fil et le Microelectronic Circuits Centre Ireland au Tyndall National Institute, University College Cork. Il a récemment reçu une bourse d'excellence en recherche Wrixon pour son travail de projet.

Il a obtenu un diplôme en électronique et technologie des communications au Département de technologie de l'Université Shivaji, en Inde. Il a travaillé dans l'industrie pendant quelques années en tant qu'ingénieur en conception de matériel avant de retourner dans le milieu universitaire pour travailler en tant qu'ingénieur de projet à l'Indian Institute of Technology Mandi.

En 2019, il a rejoint Tyndall en tant qu'assistant de recherche où il a complété une maîtrise en ingénierie. Il a développé un capteur qui est maintenant utilisé dans les musées à travers l'Europe, notamment pour suivre les conditions du tableau Flowers d'Andy Warhol de 1964, qui se trouve dans la collection Peggy Guggenheim à Venise.

"La surveillance du microenvironnement est cruciale pour la préservation des objets de musée"

Actuellement, je travaille sur ma thèse de doctorat, qui porte sur la conception et le développement de dispositifs médicaux implantables alimentés sans fil (WPIMD).

Les WPIMD sont des dispositifs hautement miniaturisés qui sont implantés dans le corps humain pour permettre une surveillance continue des paramètres physiologiques, tels que le taux d'alcoolémie, la modulation neurale et l'administration de médicaments sans l'utilisation d'une batterie. Au lieu d'une batterie, les WPIMD utilisent un lecteur externe pour fournir une alimentation radiofréquence (RF) à l'implant et permettre le transfert de données sans fil depuis l'implant.

Au cours de ma maîtrise, j'ai développé et démontré avec succès une boîte d'archives de musée intelligente qui comportait un capteur de température et d'humidité sans fil entièrement intégré en étroite collaboration avec ZFB en Allemagne. La solution de capteur sans batterie a permis un moyen pratique de détection sans fil en plaçant simplement un smartphone standard à proximité de la boîte d'archives en carton.

Les WPIMD éliminent le besoin d'une batterie, réduisant les risques associés à la chirurgie pour remplacer la batterie et améliorant le confort du patient. Les WPIMD peuvent fournir une surveillance continue ou basée sur le cycle de service des paramètres physiologiques sans utiliser de batterie, ce qui réduit la taille de l'implant, prolonge la durée de vie du dispositif et permet de nouvelles applications médicales.

Dans le cadre de la surveillance des artefacts de musée, la surveillance du microenvironnement est cruciale pour la préservation des artefacts de musée stockés dans des boîtes d'archives. Cependant, les conditions microclimatiques à l'intérieur des boîtes peuvent différer de l'environnement extérieur en raison de la teneur en eau intrinsèque des matériaux stockés, ce qui rend leur surveillance difficile.

Les dispositifs de surveillance traditionnels sont trop volumineux, trop chers ou nécessitent d'ouvrir la boîte pour les lectures, ce qui peut introduire des contaminants. Une nouvelle boîte d'archivage intelligente sans pile a été développée et démontrée pour permettre une surveillance précise sans qu'il soit nécessaire de déplacer ou d'ouvrir la boîte et d'éliminer le besoin de remplacer la pile.

Ceci est particulièrement avantageux pour les musées de petite et moyenne taille avec des contraintes budgétaires et des climats de stockage critiques, permettant aux restaurateurs d'identifier rapidement et de réduire le risque de dégradation des artefacts.

En général, le développement de dispositifs de détection sans pile est important d'un point de vue environnemental car il contribue à réduire les déchets électroniques, ce qui est une préoccupation environnementale importante.

Les batteries contiennent des produits chimiques toxiques qui peuvent s'infiltrer dans l'environnement lorsqu'elles ne sont pas éliminées correctement, entraînant une pollution du sol et de l'eau. De plus, la production et l'élimination des batteries nécessitent une quantité considérable d'énergie, ce qui contribue aux émissions de gaz à effet de serre.

Les dispositifs de détection sans batterie, en revanche, peuvent être alimentés à l'aide de techniques de récupération d'énergie, telles que le transfert d'énergie sans fil depuis l'environnement. Cela réduit non seulement l'impact environnemental des batteries, mais élimine également le besoin de remplacements fréquents des batteries, ce qui peut être peu pratique et coûteux.

En outre, les WPIMD dans le domaine de la santé sont susceptibles d'être importants, avec le potentiel d'augmenter le confort du patient, d'améliorer la gestion des maladies, d'augmenter la durée de vie des appareils et de réduire les coûts de santé.

Depuis mes premiers souvenirs, même en tant que jeune enfant, j'ai été captivé par les domaines de la technologie et de la science. Ma curiosité a été soutenue et entretenue par mes parents, mon frère et mes professeurs.

Après avoir rejoint le Tyndall National Institute, j'ai eu l'opportunité de travailler sur un projet financé par l'UE Horizon 2020 appelé Apache, où j'ai été chargé de développer un dispositif de détection sans batterie pour la surveillance des artefacts de musée sous la supervision du Dr John Buckley.

Au cours de ce projet, j'ai acquis une meilleure compréhension de l'impact des batteries sur l'environnement et des problèmes associés, tels que le coût de remplacement des batteries pour diverses applications.

Mon travail de recherche dans le cadre du projet Apache a changé ma façon de penser et m'a inspiré à poursuivre une carrière dans le domaine de la recherche sur le transfert d'énergie sans fil et le développement de dispositifs médicaux alimentés sans fil.

Il existe plusieurs défis et idées fausses associés au développement des WPIMD. Le développement de WPIMD est un processus complexe qui nécessite de prêter attention à une variété de considérations techniques et réglementaires. Il est essentiel d'obtenir une efficacité de transfert de puissance élevée entre le lecteur externe et l'implant. Une faible efficacité peut entraîner des performances médiocres de l'appareil et une puissance de lecteur externe élevée peut augmenter le risque de lésions tissulaires.

La conception plus poussée de liaisons de communication sans fil sécurisées peut constituer un défi dans le développement de WPIMD, car ces dispositifs doivent protéger les données des patients et empêcher tout accès non autorisé à l'implant.

De plus, le développement de WPIMD à l'échelle cm2 peut être difficile car il nécessite l'intégration d'antennes électriquement petites (ESA). Les ESA souffrent d'un faible gain et d'une faible efficacité de rayonnement, ce qui limite la quantité d'énergie RF disponible pour alimenter le WPIMD.

La pandémie de Covid-19 a eu un effet majeur et notable sur la participation du public à la science et a conduit les gens à devenir compétents et à l'aise avec l'apprentissage en ligne et le travail à distance.

Pendant ce temps, le Dr Sanjeev Kumar et moi avons créé des vidéos pour présenter le concept de transfert d'énergie sans fil aux étudiants de premier cycle et au public. Désormais, toutes ces vidéos enregistrées peuvent accueillir ceux qui ne peuvent pas assister aux sessions en personne pour diverses raisons, rendant notre recherche scientifique plus accessible à tous.

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Connexes: medtech, recherche, University College Cork, ingénierie, Tyndall National Institute

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