COMPAMED Innovationsforum 2023 : Pourquoi la capteurologie high-tech est indispensable dans le secteur de la santé

Plateforme internationale de premier plan pour le secteur des fournisseurs de l'industrie de la technologie médicale - la COMPAMED à Düsseldorf (© Constanze Tillmann) / La plateforme internationale de référence pour les fournisseurs de l'industrie de la technologie médicale - COMPAMED à Düsseldorf (© Constanze Tillmann)

Application de capteur pour la surveillance continue de la température corporelle centrale de TCor (© Constanze Tillmann)

Partout dans le monde, les dépenses de santé augmentent, dans presque tous les pays membres de l'OCDE, plus rapidement que leur capacité de prestation. Heureusement, les technologies modernes peuvent contribuer à freiner cette évolution tout en garantissant la qualité des soins et en déchargeant le personnel (mot-clé : « pénurie de personnel qualifié »). Cela concerne particulièrement les capteurs, qui jouent un rôle de plus en plus important dans la technologie médicale afin de rendre les dispositifs médicaux plus performants et plus sûrs, ainsi que leur utilisation plus simple. Comment réussir cela et comment la capteurisation de haute technologie peut également contribuer à une prévention innovante et à une thérapie personnalisée, tel a été le sujet du forum d'innovation COMPAMED 2023 le 12 juin. Le forum numérique, organisé conjointement par la foire de Düsseldorf et l'association spécialisée IVAM pour la microtechnologie, a lieu chaque année et, selon le Dr Thomas R. Dietrich, directeur général de l'IVAM, « constitue une plateforme pour la recherche et l'entrepreneuriat, afin de conclure des partenariats et de promouvoir l'innovation ».

La signification du thème de cette année est illustrée par des chiffres : selon le cabinet d'études de marché Mordor Intelligence, le marché mondial des capteurs médicaux était estimé à 6,02 milliards de dollars US en 2021 et devrait atteindre 10,28 milliards USD d'ici 2027, ce qui correspond à un taux de croissance annuel d'environ 10 % entre 2022 et 2027. Le développement de nouveaux dispositifs permettant une analyse plus rapide, la réduction potentielle des coûts ainsi que la facilité d'utilisation contribuent de manière significative à cette croissance des capteurs médicaux.

Les maladies chroniques telles que le diabète, les maladies cardiovasculaires et l'asthme peuvent être surveillées efficacement grâce à des capteurs modernes, permettant de détecter rapidement les écarts et d'ajuster la thérapie de manière ciblée. Des experts internationaux de premier plan ont présenté lors de leurs interventions au forum d'innovation COMPAMED des exemples concrets d'intégration de capteurs modernes dans des aides médicales, des dispositifs de diagnostic ou de traitement.

Les nœuds capteurs multifonctionnels doivent réduire les infections nosocomiales

Les hôpitaux et les établissements de soins ne sont pas seulement des lieux de guérison et de maintien en bonne santé, mais aussi, à plusieurs reprises, des sources de maladies. Dans les établissements de santé, les infections acquises lors du traitement, appelées infections nosocomiales, se produisent dans tous les secteurs de soins ambulatoires et hospitaliers. Selon les estimations du Centers for Disease Control (CDC), 1,7 million de personnes seulement dans les hôpitaux américains sont chaque année touchées par de telles infections, responsables d'environ 100 000 décès. En Europe, la situation n'est pas meilleure : le European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC) estimait déjà en 2018 le nombre total annuel d'infections nosocomiales (NI) en Europe à 8,9 millions, dont 4,5 millions dans les hôpitaux et 4,4 millions dans les établissements de soins de longue durée. Chaque année, plus de 90 000 personnes meurent dans les pays de l'UE des six infections nosocomiales les plus courantes, notamment les infections urinaires (32 %), les infections du site opératoire (22 %), la pneumonie (15 %) ainsi que les infections du sang (14 %).

La société grecque ES Systems a donc développé un système de nœuds capteurs pour une utilisation dans les établissements médicaux, qui collecte des données en temps réel et peut potentiellement identifier des contaminations microbiologiques. Le système repose sur des nœuds capteurs, une passerelle et un cloud. Les capteurs sont connectés via une communication « LoRaWAN » (« Long Range Wide Area Network ») à la passerelle locale, la connexion au cloud étant assurée par un simple scan de code QR. L'installation est très simple, et selon le débit de données, une autonomie pouvant aller jusqu'à un an est possible. Les nœuds capteurs mesurent des paramètres ambiants tels que la température, la pression, l'humidité et l'intensité lumineuse, mais aussi la concentration de dioxyde de carbone, VOC (composés organiques volatils), particules et présence de personnes. Lors d'une application pilote dans un hôpital grec, trois salles d'opération, trois réceptions, deux chambres de patients ainsi qu'une station d'infirmières ont été équipées avec ces nœuds capteurs. Grâce à une analyse intelligente des grandes quantités de données, il est possible de tirer de bonnes conclusions sur la situation de charge. Des améliorations ont déjà été réalisées dans certains cas par le remplacement des dispositifs de circulation d'air et des filtres dans les salles d'opération : « Les particules surveillées ont pu être réduites, ce qui a permis de diminuer le risque d'infection pour les patients », a rapporté dans sa contribution au forum Nikolas Valantassis, responsable du développement commercial chez ES Systems. L'essai pilote montre que l'utilisation de capteurs sophistiqués pourrait effectivement améliorer le risque d'infections nosocomiales.

Technologie piézoélectrique pour les capteurs à ultrasons

Depuis près de 30 ans, PI Ceramic s'intéresse à la technologie piézoélectrique, qui, grâce à ses propriétés particulières, apporte une contribution particulièrement importante dans la détection sensorielle médicale. Parmi les mots-clés, on trouve la précision avec une résolution jusqu'au picomètre, la dynamique avec un temps de réaction en microsecondes, l'efficacité énergétique permettant des applications alimentées par batterie, une conception compacte avec des dimensions en millimètres ainsi qu'une utilisation bidirectionnelle en tant que capteurs et actionneurs. Dès aujourd'hui, les composants piézoélectriques remplissent des fonctions importantes dans l'imagerie diagnostique, dans les dispositifs mini-invasifs (par exemple, le suivi de la pointe d'aiguille), comme capteurs de flux (par exemple, pour la détection de bulles d'air ou de vitesse), pour la détection de niveau, comme capteurs de pression et dans la surveillance de l'état des dispositifs, en microscopie ou pour détecter des changements de posture, notamment dans les wearables.

Dans diverses situations, la surveillance automatique des processus médicaux est vitale. Avec des dispositifs de surveillance des patients, il est possible de vérifier et d'analyser en continu les valeurs vitales pour établir un diagnostic précis et intervenir immédiatement en cas d'anomalies. Une surveillance sans contact et douce est essentielle. Les capteurs à ultrasons basés sur des composants piézoélectriques, qui peuvent être fixés sur les tuyaux des dispositifs de surveillance, sont idéaux à cet effet : les ondes ultrasonores pénètrent de l'extérieur dans le tuyau et permettent une surveillance sans contact. De plus, grâce aux capteurs à ultrasons, différents médias peuvent être surveillés, par exemple, la circulation de gaz dans les respirateurs peut être mesurée sans contact et sans contamination, ou des bulles d'air potentiellement dangereuses peuvent être détectées dans des tuyaux tels que ceux des machines cœur-poumon ou des appareils de dialyse. Les capteurs à ultrasons intègrent des composants piézoélectriques responsables de la génération des ultrasons. PI Ceramic fabrique ces éléments piézoélectriques, spécialement adaptés aux exigences des clients. « Nous disposons de diverses possibilités de formage, en fonction de l'utilisation », déclare Sandra Niederschuh, chef de produit chez PI Ceramic.

Le nez électronique doit révolutionner le diagnostic médical

Grâce à des caméras et microphones de haute technologie, les machines peuvent aujourd'hui déjà voir et entendre. Moins qu'une simple digitalisation d'un sens supplémentaire, les partenaires SmartNanotubes Technologies et duotec ont pour objectif de digitaliser l'odorat. « Notre nez électronique est une technologie réellement disruptive, qui va révolutionner de nombreuses applications, du contrôle de processus au diagnostic médical », se réjouit le Dr Viktor Bezugly, PDG de Smart NanoTubes. Par rapport aux capteurs de gaz traditionnels, les capteurs Smart NanoTubes sont très sensibles, économes en énergie, compacts, légers et peu coûteux. Leur utilisation permet une reconnaissance de motifs complexe, comme c'est le cas pour les odeurs. Plusieurs capteurs créent un « motif olfactif », un logiciel auto-apprenant compare ces motifs à une bibliothèque et différencie ainsi les gaz des odeurs. La base de données dans le cloud s'enrichit en permanence, alimentée par plus de 1 000 utilisateurs. « Notre objectif est, par exemple, la détection précoce de l'incontinence en seulement cinq minutes, ce qui peut générer des économies allant jusqu'à 100 euros par incident grâce à une réduction des coûts de nettoyage », explique Bezugly dans sa contribution au forum. Le développement est désormais si avancé qu'une entrée sur le marché avec les premiers produits pourrait avoir lieu dès 2024.

Biocapteurs photoniques pour la détection du cancer

Au cours des dix dernières années, des technologies de biosenseurs ont été développées, permettant une détection sensible et quantitative de biomarqueurs (molécules indicatrices, par exemple, des protéines ou de l'ADN spécifiques) pour des maladies telles que le cancer, les maladies cardiovasculaires ou infectieuses. La société néerlandaise Surfix travaille dans ce domaine avec le biosenseur photonique. Cette technologie très sensible, rapide et sans marquage offre la possibilité de détecter plusieurs biomarqueurs simultanément. « Cette fonction, combinée à des coûts unitaires faibles et à la possibilité de simplifier la production à l'échelle, va révolutionner le monde du diagnostic médical en permettant le diagnostic au point de soins et le suivi thérapeutique d'une grande variété de maladies », souligne Hans Dijk, responsable du développement commercial chez Surfix. Le biosenseur photonique de Surfix combine le biochip photonique et la cartouche microfluidique avec des technologies intelligentes pour l'interface fluide et optique dans un processus optimisé. Tant le biochip photonique que la cartouche microfluidique bénéficient de revêtements nanométriques uniques qui améliorent la sensibilité du capteur et le flux de la solution, tout en réduisant la liaison indésirable de biomolécules. La lecture du signal du biosenseur photonique se fait à l'aide d'un lecteur de bureau.

Les biochips photonique utilisent la lumière plutôt que l'électricité pour détecter la présence de biomarqueurs. La lumière circule à travers une structure en spirale sur le chip, comparable à une mini-fibre optique. Les molécules réceptrices, appliquées à la surface du biochip photonique, peuvent, en fonction de la reconnaissance biologique, capturer et lier de manière sélective certains biomarqueurs dans un échantillon. L'interaction entre les molécules réceptrices et les biomarqueurs entraîne une modification des propriétés de la lumière, qui est détectée et traduite en un résultat diagnostique utile, par exemple, des informations sur la présence ou la concentration d'un biomarqueur spécifique dans l'échantillon. Surfix se concentre sur le développement de diagnostics pour différents types de cancer et la détection de biomarqueurs oncologiques dans la biopsie liquide. « Potentiellement, chaque biomolécule peut être détectée à l'aide de la plateforme de diagnostic photonique de Surfix », explique Dijk.

Objectif du projet APFEL : le pansement électronique intelligent

La cicatrisation des plaies reste un problème qui n'est pas encore entièrement compris ni résolu. Chez les blessures aiguës, la cicatrisation se produit en quelques jours à semaines, en fonction de la taille de la blessure. La propriété d'un gradient électrique, qui incite les cellules à migrer et à se polariser dans le tissu en régénération, constitue le point d'attaque des thérapies développées dans le cadre du projet BMBF « APFEL ». L'objectif est d'accélérer et d'améliorer la cicatrisation grâce à un « pansement électronique intelligent ». En collaboration avec des partenaires, l'institut Fraunhofer pour les systèmes électroniques nanométriques (ENAS) étudie dans ce projet des procédés additifs pour la fabrication de systèmes électroniques multicouches flexibles. Un démonstrateur technologique pour un pansement électrique actif, avec des électrodes imprimées sur des substrats flexibles, a déjà été réalisé. Lors d'une expérience de type « scratch assay », une lacune a été créée dans une couche cellulaire, et la fermeture accélérée de cette « plaie » a été démontrée. « Nous avons adapté des procédés d'impression sérigraphique pour la fabrication de couches multicouches conductrices et isolantes sur des substrats flexibles », a expliqué Valeri Fitz, chercheur au département System Packaging de l'ENAS, lors du forum COMPAMED. De plus, des variantes de passage de courant électrique à travers des substrats minces et des technologies de montage et d'intégration pour l'hybride de composants électroniques traditionnels et d'électronique de contrôle ont été développées pour tester les démonstrateurs. Le résultat montre que la fabrication additive peut être utilisée pour développer des pads médicaux flexibles, applicables aussi bien en thérapie des plaies qu'en diagnostic.

Diodes laser pour la mesure du taux de glucose sanguin – économique et indolore

Trumpf Photonic Components possède déjà plus de 20 ans d'expérience avec les diodes laser miniatures, appelées « VCSEL », qui signifient « Vertical Cavity Surface Emitting Laser ». Elles sont déjà utilisées dans les smartphones, montres connectées, pour la transmission de données numériques et la conduite autonome. En tant que leader mondial des VCSEL, Trumpf souhaite désormais aussi soulager les diabétiques lors de la mesure de leur taux de glucose sanguin. L'objectif est de développer un capteur portable, non invasif, peu coûteux et totalement indolore, qui surveille le taux de glucose dans le sang. Le principe de base, utilisant des composants photoniques de TRUMPF, est une source lumineuse monochromatique polarisée, présentant une diffusion inélastique de la lumière dans la plage proche de l'infrarouge entre 785 et 1 066 nanomètres. « Alors que les solutions actuelles utilisent des lasers à Yttrium-Aluminium-Garnet (YAG) au néodyme avec une longueur d'onde de 1 060 nanomètres, nous voyons de grands avantages avec la spectroscopie Raman. À environ 800 nanomètres, leur longueur d'onde est idéale pour la mesure du glucose, car la fluorescence perturbatrice est faible, la diffusion est suffisante et la puissance du laser est modérée », explique le Dr Cynthia Klett, responsable produit chez TRUMPF Photonic Components.

Selon la Fédération internationale du diabète, environ 540 millions de personnes dans le monde vivent déjà avec cette maladie métabolique. D'ici 2030, ce chiffre pourrait atteindre 643 millions, et en 2045, 783 millions. À ce jour, le diabète a causé des coûts de santé mondiaux d'environ 966 milliards de dollars. Les lasers VCSEL ouvrent la voie à un capteur de glucose au poignet, qui facilitera considérablement la vie des personnes concernées.

Perspectives impressionnantes sur les thèmes de COMPAMED 2023

« Technologie des capteurs pour la prévention et la thérapie personnalisée » – tel était le titre du forum d'innovation COMPAMED cette année. Les exemples présentés lors de l'événement ont offert un aperçu approfondi de la COMPAMED 2023 à Düsseldorf et ont montré de manière impressionnante l'étendue des technologies et des applications, qui caractérisent depuis des années le salon professionnel COMPAMED.

« L'importance de la capteurisation pour la technologie médicale est inestimable, car elle constitue la base de diagnostics précis, de traitements efficaces et d'une meilleure prise en charge des patients. Le développement futur de la capteurisation en technologie médicale promet une gamme d'applications toujours plus large, allant de capteurs implantables pour la surveillance des maladies chroniques à des wearables compacts et portables permettant une surveillance continue fiable et économique de la santé des personnes », résume le Dr Thomas Dietrich, PDG de l'IVAM, lors du forum d'innovation COMPAMED 2023.

Pour ceux qui souhaitent s'informer davantage sur le domaine de la capteurisation et sur la capacité du secteur des fournisseurs de l'industrie de la technologie médicale, la foire COMPAMED 2023 (du 13 au 16 novembre) dans les halls 8a et 8b de Düsseldorf est l'endroit idéal. Plus de 700 entreprises exposantes y présenteront une multitude de solutions high-tech et de services. Les cinq mondes d'expérience sont : Manufacturing & Devices (composants, pièces, procédés de fabrication), Services & Advice (recherche, développement, services), Materials (plastiques, verre, céramique, métaux, composites, adhésifs, emballages), Micro Tech (microcomposants, microfluidique) ainsi que IT in Tech (développement logiciel et maintenance pour la technologie médicale).

La foire COMPAMED 2023 se tiendra à nouveau en parallèle avec le salon médical international MEDICA 2023, qui attend cette année plus de 5 000 entreprises proposant des dispositifs et technologies médicales.