Des textiles intelligents pour protéger les peaux délicates

Si une pression trop importante est exercée sur notre peau pendant une période prolongée, elle s'abîme. Les personnes en fauteuil roulant, les nouveau-nés en soins intensifs et les personnes âgées font partie des groupes de population exposés à un risque élevé de blessures dues à la pression. Les conséquences sont des plaies, des infections et des douleurs.

Le traitement est complexe et coûteux : chaque année, les coûts de santé s'élèvent à environ 300 millions de francs suisses. "En outre, des maladies existantes peuvent être aggravées par de telles blessures dues à la pression", explique Simon Annaheim, chercheur à l'Empa au laboratoire "Biomimetic Membranes and Textiles" de Saint-Gall. Selon Simon Annaheim, il serait plus durable de prévenir les lésions tissulaires, afin d'éviter qu'elles ne se produisent. Deux projets de recherche actuels auxquels participe l'Empa font avancer les solutions correspondantes : un matelas compensateur de pression pour les nouveau-nés en soins intensifs et un système de capteurs textiles pour les personnes paraplégiques et alitées sont en cours de développement.

Simon Annaheim, chercheur à l’Empa, travaille sur un matelas pour nouveau-nés. Image: Empa

Les exigences de la peau sont totalement différentes selon l'âge : chez les adultes, le frottement de la peau sur la surface de couchage, les forces de cisaillement physiques dans les tissus et le manque de respirabilité des textiles sont les facteurs de risque les plus importants. En revanche, la peau des nouveau-nés soumis à des soins intensifs est en soi extrêmement sensible, toute perte de liquide et de chaleur par la peau peut devenir un problème. "Pendant que ces bébés particulièrement vulnérables sont soignés, la situation de couchage ne devrait pas provoquer de complications supplémentaires", explique Simon Annaheim, chercheur à l'Empa. Il ne croit pas que les matelas traditionnels puissent être la solution pour des nouveau-nés de poids et de pathologies très différents. L'équipe de Simon Annaheim, en collaboration avec des chercheurs de l'ETH Zurich, de la Haute école zurichoise des sciences appliquées (ZHAW) et de l'Hôpital pédiatrique universitaire de Zurich, cherche donc une surface de couchage optimale pour la peau délicate des enfants.Ce matelas devrait pouvoir s'adapter individuellement au corps afin d'aider les enfants qui ont des débuts difficiles dans la vie.

Pour ce faire, les chercheurs ont d'abord déterminé les conditions de pression au niveau des différentes parties du corps des nouveau-nés. "Nos capteurs de pression ont montré que la tête, les épaules et le bas de la colonne vertébrale sont les zones les plus exposées aux points de pression", explique Simon Annaheim. Ces résultats ont été pris en compte dans le développement d'un matelas rempli d'air d'un genre particulier : ses trois chambres peuvent être remplies avec précision par une pompe électronique à l'aide de capteurs de pression et d'un microprocesseur, de manière à minimiser la pression à chaque endroit. Un procédé laser infrarouge développé à l'Empa a permis de fabriquer le matelas à partir d'une membrane polymère flexible, multicouche et douce pour la peau, sans bords gênantes.

Après un processus de développement en plusieurs étapes en laboratoire, les premiers petits patients ont pu s'allonger sur le prototype du matelas. L'effet s'est immédiatement fait sentir lorsque les chercheurs ont rempli le matelas d'air à des degrés divers en fonction des besoins individuels des bébés : Par rapport à un matelas en mousse classique, le prototype a réduit jusqu'à 40 % la pression exercée sur les parties vulnérables du corps.

Après cette étude pilote réussie, le prototype va maintenant être optimisé dans les laboratoires de l'Empa. Prochainement, Simon Annaheim et le doctorant Tino Jucker lanceront une étude à plus grande échelle sur le nouveau matelas avec le service de médecine intensive et de néonatologie de l'hôpital pédiatrique de Zurich.

Lumière filée : ces fibres polymères conduisent la lumière et sont fabriquées par un nouveau procédé de filage humide microfluidique. Image: Empa

Dans un autre projet, des chercheurs de l'Empa travaillent à la prévention des lésions tissulaires dites de décubitus chez les adultes. Pour ce faire, les facteurs de risque que sont la pression et les troubles de la circulation sanguine sont transformés en signaux d'alarme utiles.

Si l'on reste longtemps dans la même position, la pression et les troubles de la circulation sanguine entraînent un manque d'approvisionnement en oxygène des tissus. Alors que le manque d'oxygène déclenche un réflexe de mouvement chez les personnes en bonne santé, cette boucle de rétroaction neurologique peut être perturbée chez les personnes paraplégiques ou les patients dans le coma, par exemple. Dans ce cas, des capteurs intelligents peuvent aider à avertir à temps du risque de lésion tissulaire.

Dans le cadre du projet "ProTex", une équipe de chercheurs de l'Empa, de l'Université de Berne, de la Haute école spécialisée OST et de Bischoff Textil AG à Saint-Gall a mis au point un système de capteurs composé de textiles intelligents avec analyse des données correspondantes en temps réel. "Les capteurs textiles bien tolérés par la peau contiennent deux fibres polymères fonctionnelles différentes", explique Luciano Boesel, chercheur à l'Empa au laboratoire "Biomimetic Membranes and Textiles" de Saint-Gall. Outre les fibres sensibles à la pression, les chercheurs ont intégré des fibres polymères conductrices de lumière (POF) qui servent à mesurer l'oxygène. "Dès que la teneur en oxygène de la peau diminue, le système de capteurs ultrasensibles signale un risque croissant de lésions tissulaires", explique Luciano Boesel. Les données sont ensuite transmises directement au patient ou au personnel soignant. Ainsi, une personne allongée peut être transférée à temps, avant que les tissus ne soient endommagés.

Des capteurs textiles avec des fibres polymères conductrices de lumière permettent de mesurer en temps réel la pression et la saturation en oxygène des tissus jusque dans les couches profondes de la peau. Image: Empa

La technologie sous-jacente comprend également un nouveau procédé de filage humide microfluidique développé à l'Empa pour la fabrication de POFs. Il permet un contrôle précis des composants polymères à l'échelle du micromètre et un traitement plus doux et plus écologique des fibres. Le procédé microfluidique est l'un des trois brevets issus à ce jour du projet "ProTex".

Un autre produit est un capteur textile respirant qui se porte directement sur la peau. La compagnie dérivée "Sensawear", créée à Berne en 2023 à partir du projet, fait actuellement avancer le lancement sur le marché. En outre, Luciano Boesel, chercheur à l'Empa, est convaincu que "les connaissances et les technologies issues de "ProTex" permettront à l'avenir d'autres applications dans le domaine des capteurs portables et des vêtements intelligents".