Tatouage éphémère : la sueur pour alimenter des biobatteries !

Dans le futur, pratiquer des exercices physiques avec beaucoup de sueur pourrait non seulement être bon pour votre santé, mais aussi jouer un autre rôle dans l’alimentation de petits appareils électroniques.

Des chercheurs ont annoncé avoir conçu un capteur sous la forme d’un tatouage éphémère capable à la fois de surveiller les progrès d’une personne lors de l’activité physique et de produire de l’énergie à partir de leur transpiration.

L’appareil fonctionne en détectant et en répondant au lactate (ou acide lactique), une substance naturellement présente dans la sueur. "Le lactate reste un indicateur très important de votre état de forme durant l’exercice", a précisé Wenzhao Jia, étudiant postdoctoral du laboratoire de Joseph Wang, de l’Université de Californie.

En général, plus l’exercice est intense et plus le corps produit du lactate. Pendant une activité physique intense, le corps a besoin de produire plus d’énergie. Pour se faire, il active un processus appelé la glycolyse qui génère à la fois de l’énergie et du lactate. Ce dernier reste toutefois détectable dans le sang.

Les athlètes professionnels surveillent leur niveau de lactate à l’occasion de tests de performances comme un moyen d’évaluer leur état de forme. Les médecins mesurent également le lactate de leurs patients lors de la réalisation de tests d’efforts dans des conditions marquées par des niveaux de lactate anormalement élevés, comme les maladies cardiaques ou pulmonaires. Actuellement, les tests de lactate sont gênants et intrusives parce que les échantillons de sang doivent être prélevés par la personne à différentes phases des exercices et ensuite transmis pour analyses.

Les chercheurs ont développé une méthode plus rapide, plus facile et plus confortable pour mesurer le lactate pendant l’exercice.

Ils ont imprimé sur un capteur flexible de lactate un tatouage éphémère. Le capteur contient une enzyme qui retire des électrons du lactate, générant un courant électrique faible. Ils ont appliqué le tatouage sur le bras de 15 volontaires en bonne santé. L’équipe a ensuite mesuré le courant électrique produit par les volontaires sur un vélo stationnaire pendant 30 minutes, en augmentant régulièrement les niveaux de résistance. De cette façon, ils pouvaient surveiller en permanence la quantité de sueur dans le temps et selon l’intensité de l’exercice.

L’équipe est allée un peu plus loin, en s’appuyant sur ces résultats pour concevoir une bio-batterie alimentée à la sueur. Les batteries génèrent de l’énergie en délivrant du courant sous la forme d’électrons, d’une anode vers une cathode. Dans ce cas, l’anode contient l’enzyme qui "arrache" des électrons du lactate, tandis que la cathode contient une molécule qui accepte des électrons.

Les 15 volontaires munis de leur bio-tatouage sur leur vélo stationnaire ont produit des quantités différentes d’électricité. Fait intéressant ! les gens qui étaient en moins bonne forme (exercice moins d’une fois par semaine) ont produit plus d’électricité que ceux qui étaient moyennement en forme (exercices de une à 3 fois par semaine). Ce sont les amateurs (exercices plus de 3 fois par semaine) qui ont produit le moins d’énergie.

Les chercheurs pensent que c’est probablement parce que les gens moins en condition se fatiguent plus tôt, provoquant la glycolyse plus tôt, et donc plus de lactate. Le montant maximal d’énergie produit par une personne dans le groupe à faible ‘remise en forme’ était de 70 microwatts par cm2 de peau.

"Le courant produit n’est pas très élevé, mais nous travaillons à une amélioration de sorte que nous pourrions au final alimenter de petits appareils électroniques", a ajouté Wenzhao Jia. "En ce moment, nous pouvons obtenir un maximum de 70 microwatts par cm2, mais nos électrodes mesurent seulement 2 à 3 millimètres et génèrent environ 4 microwatts – un peu petit pour alimenter une montre par exemple, qui nécessiterait au moins 10 microwatts. Ainsi, en plus de se pencher sur l’obtention d’une puissance plus élevée, nous devons également tirer parti de l’électronique pour stocker le courant généré et satisfaire ces exigences".

Les bio-batteries offrent certains avantages par rapport aux batteries classiques : Ils se rechargent plus rapidement, utilisent des sources d’énergies renouvelables (dans ce cas, de la sueur), et sont plus sûres parce qu’ils n’explosent pas ou ne souffrent pas de fuites de produits chimiques toxiques. "Celles-ci représentent les premiers exemples de cellules bio-capteurs électrochimiques et épidermiques qui pourraient être utilisés pour une large gamme d’applications futures", a t-il conclu.