Dans l’avenir, travailler jusqu’à suer en faisant des exercices pourrait non seulement être bon pour votre santé, mais cela pourrait également alimenter en énergie vos petits appareils électroniques. Les chercheurs ont annoncé aujourd’hui qu’ils avaient conçu un capteur sous la forme d’un tatouage temporaire qui surveille les progrès d’une personne pendant ses exercices, mais aussi produit de l’énergie depuis sa transpiration.
L’équipe a décrit son approche dans l’une des 12000 présentations lors de la 248è Réunion Nationale & Exposition de l’American Chemical Society (ACS), la plus grande société scientifique du monde, qui s’est déroulée le 13 Juillet 2014.
L’appareil fonctionne en détectant et en répondant au lactate, qui est naturellement présent dans la sueur. « Le lactate est un indicateur très important sur votre santé pendant des exercices» souligne Wenzhao Jia, Ph.D.
En général, plus l’exercice est intense, plus le corps produit du lactate. Lors d’une activité physique intense, le corps a besoin de produire plus d’énergie, et donc il l’active un processus appelé la glycolyse. La glycolyse produit de l’énergie et du lactate, ce dernier est ce que les scientifiques peuvent détecter dans le sang.
Les athlètes professionnels surveillent leur taux de lactate pendant des tests de performance comme un moyen d’évaluer leur programme de remise en forme et d’entraînement.
En outre, les médecins mesurent le lactate pendant les épreuves d’effort des patients dans des conditions marquées par des niveaux de lactate anormalement élevés comme une maladie cardiaque ou pulmonaire. Actuellement, les tests de lactate sont gênants et importuns parce que les échantillons de sang doivent être prélevés d’une personne à des moments différents pendant leurs exercices et ensuite analysés.
Wenzhao Jia, un étudiant post doctorant dans le laboratoire de Joseph Wang, doctorat ès sciences à l’Université de Californie à San Diego, et ses collègues ont développé une méthode plus rapide, plus facile et plus confortable pour mesurer le lactate pendant les exercices. Ils ont imprimé un capteur de lactate flexible sous forme d’un tatouage temporaire imprimé sur du papier.
Le capteur contient une enzyme qui extrait des électrons à partir du lactate, générant un faible courant électrique. Les chercheurs ont appliqué le tatouage sur le bras de 10 volontaires en bonne santé. Ensuite, l’équipe a mesuré le courant électrique produit à mesure que les volontaires faisaient des exercices avec des niveaux croissants de résistance sur un vélo stationnaire pendant 30 minutes.
De cette façon, ils pouvaient surveiller en permanence les niveaux de lactate dans la sueur au fil du temps et avec les variations en matière d’intensité de l’exercice.
L’équipe a allé ensuite un peu plus loin, en s’appuyant sur ces résultats pour fabriquer une biobatterie alimentée par la sueur. Les batteries produisent de l’énergie par passage de courant, sous la forme d’électrons, à partir de l’anode vers la cathode. Dans ce cas, l’anode renferme l’enzyme qui enlève les électrons du lactate, et la cathode contient une molécule qui accepte les électrons.
Lorsque 15 volontaires portaient les biobatteries sous forme de tatouage pendant l’exercice sur un vélo stationnaire, Ils ont produit des quantités différentes d’énergie. Fait intéressant, les personnes qui s’exerceraient moins (moins d’une fois par semaine) produisaient plus d’énergie que ceux qui s’entraînaient moyennement (un exercice trois fois par semaine).
Ceux qui « travaillaient » plus de trois fois par semaine ont produit le moins d’énergie. Les chercheurs disent que cela est probablement dû au fait que les personnes qui se sont le moins entrainées, se fatiguaient plus tôt, faisant en sorte que la glycolyse intervenait plus tôt, formant plus de lactate.
Le montant maximal de l’énergie produite par une personne dans le groupe faisant le moins d’exercices, a été de 70 microwatts par cm2 de peau.
« Le courant produit n’est pas très élevé, mais nous travaillons sur l’amélioration de sorte que finalement nous pourrions alimenter de petits appareils électroniques», souligne Wenzhao Jia. «En ce moment, nous pouvons obtenir un maximum de 70 microwatts par cm2, mais nos électrodes n’ont seulement que 2 ou 3 millimètres d’épaisseur et génèrent environ 4 micro watts – ce qui n’est pas assez pour générer assez de courant pour une montre, par exemple, qui nécessite au moins de 10 microwatts. Donc, en plus de travailler pour obtenir une puissance plus élevée, nous devons également nous appuyer sur des composants électroniques pour stocker le courant produit et le rendre suffisant pour les besoins « .
Les biobatteries offrent des avantages sur certaines batteries classiques: Elles se rechargent plus rapidement, utilisent des sources d’énergie renouvelables (dans ce cas, de la sueur), et sont plus sûres parce qu’elles ne peuvent pas exploser ou faire fuir des produits chimiques toxiques.
Celles-ci représentent les premiers exemples de cellules de biocapteurs électrochimiques épidermiques et de biocarburants qui pourraient être utilisées pour une large gamme d’applications futures.
