Approche électromagnétique radiofréquence inductive pour la caractérisation diélectrique sans contact des lésions cutanées : vers le développement d'un pansement instrumenté pour le suivi objectif en continu de la cicatrisation.

Inductive radiofrequency electromagnetic approach for non-contact dielectric characterization of skin lesions: towards the development of an instrumented dressing for continuous objective monitoring of wound healing.

• Auteur / Autrice : Hana Boukharouba
• Direction : Pierre-Yves Joubert
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Microsystèmes et nanobiotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Radiofréquence

Caractérisation diélectrique

Couplage inductif

Capteur sans contact

Capteur non invasif

Radiofrequency

Dielectric characterization

Inductive coupling

Non-contact sensing

Non destructive sensing

Résumé

Le développement d'un dispositif alternatif d'évaluation diélectrique quantitative de l'état des plaies cutanées par couplage inductif, donc non-invasif et sans contact, intégrable dans un pansement médical, et permettant le suivi en continu de l'évolution des plaies. Ce dispositif innovant repose sur l'utilisation de résonateurs électromagnétiques LC passifs planaires souples, opérant en émission / réception dans la gamme radiofréquences (RF). Placé à proximité de la plaie, par exemple au sein du pansement, et contrôlé par couplage inductif avec la bobine d'excitation-lecture d'un « lecteur RF » distant, ce type de résonateur permettra d'évaluer les propriétés diélectriques complexes de la plaie, dans son volume, et sans contact physique avec celle-ci. L'objectif de ce projet est double : il ambitionne de démontrer la faisabilité du suivi en continu de la cicatrisation des plaies cutanées par caractérisation diélectrique inductive sans contact, mais également de travailler à lier les observations diélectriques relevées à l'échelle tissulaire (millimétrique), aux phénomènes biophysiques et biologiques prenant place aux échelles cellulaires et moléculaires lors de la cicatrisation de la plaie. Ce travail fortement pluridisciplinaire sera mené dans le cadre d'une collaboration scientifique entre trois laboratoires de recherche, le C2N (Université Paris Saclay), le SATIE (CY Université) et le LipSYS 2 (Université Paris Saclay). Dans ce contexte, nous envisageons de développer cette nouvelle technique de caractérisation inductive RF adaptée à l'analyse de la cicatrisation de la peau, à l'aide de deux modèles de peau, avant d'envisager une mise en œuvre in-vivo. Le premier modèle consiste en la mise en culture in vitro de cellules cutanées disponibles dans le commerce qui sera effectuée au laboratoire LipSYS 2 . Un deuxième modèle de peau ex-vivo maintenu en survie pendant 15 jours et développé par la société Bio-EC sera utilisé pour une analyse plus réaliste du processus de cicatrisation. Les résultats obtenus par cette nouvelle approche seront comparés à des caractérisations micro-rhéologiques originales développées pour l'analyse de la peau à l'échelle micrométrique(SATIE), et à des caractérisations cellulaires et moléculaires obtenues par des méthodes d'analyses Raman et chromatographiques LC-MS (LipSYS 2 ). Des analyses histologiques du processus, réalisées au LipSYS 2 et chez Bio-EC permettront de compléter cette étude en vue d'une validation. Le projet vise à faire progresser la connaissance dans le domaine de la caractérisation de la peau et des phénomènes de cicatrisation. Il est situé à l'interface entre l'ingénierie électrique et l'ingénierie biomédicale, avec des applications médicales visées explicites et un fort potentiel de valorisation.

The development of an alternative device for quantitative dielectric evaluation of the state of cutaneous wounds by inductive coupling, non-invasive and without contact, which can be integrated into a medical dressing, allowing a continuous monitoring of the evolution of wounds. This innovative device is based on the use of flexible planar passive LC electromagnetic resonators, operating in transmission/reception in the radio frequency (RF) range. Placed close to the wound, for example within the dressing, and controlled by inductive coupling with the excitation-reading coil of a remote ''RF reader'', this type of resonator will make it possible to evaluate the complex dielectric properties of the wound, in its volume, and without any physical contact. The objective of this project is twofold: it aims to demonstrate the feasibility of continuous monitoring of skin wound healing by non-contact inductive dielectric characterization, but also to work on linking dielectric observations at the tissue scale (millimeter), to biophysical and biological phenomena taking place at the cellular and molecular scales during wound healing. This highly multidisciplinary work will be carried out in the framework of a scientific collaboration between three research laboratories, C2N ( Université Paris Saclay), SATIE (UMR CY Université) and LipSYS2 (Université Paris Saclay). In this context, we plan to develop this new inductive RF characterization technique adapted to the analysis of skin healing, using two skin models, before considering an in-vivo implementation. The first model consists in the in vitro culture of commercially available skin cell which will be performed in the LipSYS2 laboratory. A second model of ex-vivo skin maintained in survival for 15 days and developed by the company Bio-EC will be used for a more realistic analysis of the healing process. The results obtained by this new approach will be compared to original micro-rheological characterizations developed for the analysis of the skin at the micrometric scale (SATIE), and to cellular and molecular characterizations obtained by Raman and LC-MS chromatographic analysis methods (LipSYS2). Histological analyses of the process, performed at LipSYS2 and at Bio-EC will complete this study for validation. The project aims at advancing the knowledge in the field of skin characterization and wound healing phenomena. It is located at the interface between electrical engineering and biomedical engineering, with explicit medical applications and a strong potential for valorization.