Les appareils médicaux et de fitness portables d’aujourd’hui doivent pouvoir résister aux affronts de la vie quotidienne : une goutte de liquide ou une chute sur le sol ne doit pas les empêcher de remplir leur fonction.
Qu’il s’agisse d’une utilisation quotidienne par les consommateurs ou d’une utilisation limitée à des tests de diagnostic, les dispositifs médicaux portatifs doivent être robustes et capables de résister au nettoyage, à la désinfection et à l’usure générale, parfois par plusieurs patients au cours de leur cycle de vie. En outre, pour durer, ils doivent être intrinsèquement résistants aux liquides et autres contaminants, aux chocs contre les surfaces dures et même aux radiations.
La conception et les matériaux utilisés dans ces technologies portatives permettent d’obtenir différentes formes et tailles
Les dispositifs médicaux et de fitness portatifs constituent une vaste catégorie. La taille du marché mondial des dispositifs médicaux portatifs était évaluée à 21,3 milliards de dollars en 2021 et devrait évoluer à un taux de croissance annuel composé de 28,1 % de 2022 à 2030.
Lorsque la plupart des gens pensent à une technologie portative, c’est un FitBit ou une Apple Watch qui leur vient à l’esprit. Mais outre ces technologies portatives populaires auprès des consommateurs, il existe toute une série de petits dispositifs médicaux qui sont portés temporairement pour évaluer l’état de santé des patients, les suivre à long terme ou même effectuer une intervention thérapeutique. Ces dernières années, le diagnostic, le traitement et la surveillance des patients souffrant d’arythmies cardiaques et d’autres troubles cardiaques ont connu une forte croissance.
Les articles vestimentaires à électrode et à mise à la terre, tels que les appareils d’électrocardiographie (ECG/EKG), d’électroencéphalographie (EEG), d’électromyographie (EMG) et d’électrothérapie, utilisent des électrodes et des contacts de mise à la terre ainsi que des adhésifs collés à la peau. Pour ces appareils biomédicaux et de diagnostic qui mesurent les impulsions électriques à des fins de diagnostic ou transfèrent des impulsions électroniques dans le corps, la durabilité, la biocompatibilité et le confort du patient sont des considérations essentielles.
Certains dispositifs portatifs, tels que les patchs transdermiques, permettent de délivrer des médicaments à libération prolongée. Généralement portés pendant de longues périodes, ils doivent combiner tenue adhésive et respirabilité, et être confortables pour celui qui les porte. Il est également important que les matériaux utilisés n’interagissent pas négativement avec les médicaments et les produits pharmaceutiques qui sont administrés au porteur.
Les bandelettes de glycémie et le dépistage du diabète sont des exemples courants de dispositifs de diagnostic microfluidiques. Utilisés pour suivre les biomarqueurs tels que le glucose et les niveaux de pH au niveau moléculaire du sang, de la sueur ou d’autres fluides, ils sont petits et complexes avec des capteurs qui collectent les données du porteur et doivent abriter des circuits flexibles imprimés, des assemblages de PCB, des électrodes et des batteries.
Les dispositifs de surveillance biométrique portatifs constituent une vaste catégorie qui suit les marqueurs et les informations biométriques, notamment la température, la fréquence cardiaque, la respiration et les mouvements, entre autres. Il s’agit par exemple de glucomètres continus, de tensiomètres et d’appareils de suivi du sommeil. Leur fonctionnalité, y compris la capacité de transmettre sans fil les informations recueillies, nécessite des composants internes tels que des circuits flexibles et des assemblages de piles, et ils peuvent avoir besoin de se coller à l’utilisateur avec des adhésifs.
Les composants internes des dispositifs médicaux portatifs, ainsi que leurs utilisateurs, doivent être protégés
De nombreux éléments doivent être exclus d’un dispositif médical portatif pour assurer son bon fonctionnement. Les liquides comme l’eau sont les plus évidents, mais la saleté, la poussière et même les interférences électromagnétiques sont autant de menaces pour leur bon fonctionnement. Cela crée plusieurs défis pour les concepteurs, car les dispositifs doivent être rentables, notamment sur le marché grand public, tout en étant durables.
Les matériaux utilisés pour les dispositifs médicaux portatifs, en particulier les joints d’étanchéité, sont cruciaux durant leur fabrication. Ils doivent non seulement empêcher la pénétration de contaminants indésirables, mais aussi être sans danger pour le contact humain, selon l’endroit où ils se trouvent sur l’appareil. Les joints d’étanchéité médicaux qui entrent en contact avec des tissus humains, des fluides corporels, des fluides médicaux ou des médicaments sont faits d’un matériau différent de ceux qui se trouvent à l’intérieur de l’électronique médicale, comme les joints d’étanchéité ignifuges à l’intérieur des imprimantes 3D utilisées pour fabriquer des prothèses et des orthèses.
Le matériau utilisé pour les joints d’étanchéité des dispositifs médicaux et des articles portatifs doit non seulement être rentable et fiable, mais également répondre aux exigences réglementaires, notamment celles de la FDA et d’autres normes en fonction de leur utilisation, tout en permettant une fabrication de précision en grand volume. Tous les matériaux sélectionnés pour être utilisés dans les dispositifs médicaux portatifs doivent concilier fonctionnalité et confort de l’utilisateur.
Toutes les pièces, y compris les joints d’étanchéité, peuvent devoir être résistantes aux flammes, à l’électricité et protéger contre les décharges électrostatiques. Toutes ces exigences guident le choix des matériaux, qui proviennent d’un large éventail de polymères et d’élastomères. Et surtout, ils doivent être durables.
Trouver un équilibre entre flexibilité et durabilité pour les dispositifs médicaux portatifs
Les dispositifs médicaux portatifs d’aujourd’hui doivent tenir compte du mode de vie des individus. Ils doivent être capables d’épouser la forme du porteur, et ce même pendant de longues périodes.
L’humidité est un facteur constant lorsque l’on tient compte de la vie quotidienne des utilisateurs de dispositifs médicaux portatifs, c’est pourquoi les joints d’étanchéité sont si importants. Ils doivent être capables de supporter la sueur, les bains et même un plongeon dans une piscine. Les individus s’attendent désormais à ce que ces dispositifs électroniques soient suffisamment résistants à l’eau pour qu’ils n’aient pas à se soucier de les enlever juste pour prendre une douche ou aller nager. Ils attendent également de leurs produits qu’ils résistent aux chocs occasionnels ou aux chutes sur une surface dure. Qu’il s’agisse d’un appareil grand public dont le propriétaire est unique ou d’un appareil de diagnostic médical porté temporairement par plusieurs patients, ces derniers doivent fonctionner de manière fiable pendant quelques jours, semaines, mois, voire années.
La flexibilité et la durabilité étant deux facteurs essentiels, les dispositifs médicaux portatifs doivent combiner des matériaux durs et souples. C’est pourquoi les polycarbonates et les élastomères thermoplastiques (TPE) sont généralement utilisés pour fabriquer à la fois les boîtiers et les interfaces selon des normes de qualité médicale, notamment celles relatives au contact avec les tissus humains. Les TPE sont particulièrement bien adaptés aux joints d’étanchéité et aux composants plus souples qui permettent aux dispositifs portatifs d’être confortables. Dans l’ensemble, les dispositifs durables qui durent longtemps et sont utilisés régulièrement doivent être composés de matériaux offrant une résistance chimique et une forte adhérence.
La résistance aux produits chimiques est importante, car les dispositifs portables doivent être nettoyés régulièrement, mais peuvent également être en contact avec des lotions et des crèmes pour la peau, qui peuvent dégrader les plastiques au fil du temps. De même, un dispositif appliqué sur la peau par un agent de santé peut entrer en contact avec un désinfectant à base d’alcool. Bien entendu, les composants électroniques de ces dispositifs portatifs doivent également être protégés des solvants de nettoyage et, parfois, le meilleur moyen de désinfecter un tel dispositif est le rayonnement, ce qui crée des difficultés supplémentaires.
La stérilisation par rayonnement affecte les caractéristiques des composants des dispositifs médicaux portatifs
L’une des méthodes de stérilisation des dispositifs médicaux consiste à les exposer à des radiations. Cependant, en fonction de la complexité et des composants de l’appareil, les rayonnements peuvent causer des dommages.
Les dispositifs médicaux portatifs intelligents, qui disposent d’une mémoire de stockage et de traitement des données, les rayonnements peuvent être préjudiciables, notamment pour les mémoires flash. Non seulement leur utilisation dans des dispositifs médicaux soumis à des radiations est limitée, mais il est difficile de les utiliser en dehors de l’orbite terrestre dans le cadre d’applications spatiales.
Il existe cependant d’autres types de mémoire qui tolèrent mieux les radiations. La mémoire vive à pontage conducteur (CBRAM), par exemple, est une mémoire non volatile qui utilise des cellules typiques pour stocker des uns et des zéros numériques. Pour les distinguer, une petite tension électrique est utilisée pour faire passer la résistance de la cellule de mémoire d’une résistance élevée à une résistance faible. Associée à une couche diélectrique ajoutée dans le processus de fabrication, la physique fondamentale de la CBRAM est telle que les informations sont stockées différemment sur la puce pour la rendre tolérante aux rayonnements. Les autres mémoires qui peuvent bien gérer les radiations sont la SRAM et potentiellement la MRAM.
Les mémoires telles que la CBRAM sont mieux à même de supporter l’exposition aux rayonnements gamma utilisés pour stériliser les dispositifs médicaux. Historiquement, l’électronique n’a pas été en mesure de supporter la stérilisation par rayonnement. L’alternative est d’utiliser la vapeur, mais cela crée d’autres défis. Les radiations fonctionnent bien pour la stérilisation, car elles permettent un nettoyage rapide des dispositifs afin qu’ils puissent être déployés rapidement dans un environnement hospitalier.
Les dispositifs médicaux et fitness portatifs deviennent de plus en plus complexes. Plus le coût initial est élevé, plus les attentes en matière de longévité sont grandes, qu’il s’agisse d’un consommateur achetant un tracker de fitness sophistiqué ou d’un hôpital déployant des trackers de diagnostic qui doivent être utilisés par plusieurs patients. Cela signifie que les conditions qu’ils doivent endurer doivent être prises en compte lors du processus de conception, afin que les matériaux et les composants soient à la fois flexibles et durables.
