impédancemétrique - la recherche scientifique dans les domaines

UNIVERSITÉ MENTOURIⅠCONSTANTINE
CAMPUS ZARZARA
FACULTÉ DES SCIENCES DE L’INGÉNIEUR
DÉPARTEMENT D’ÉLECTRONIQUE
SPÉCIALITÉ : BIOMÉDICAL
NIVEAU : MASTER 2
Intitulé de l’exposé :
IMPÉDANCEMÉTRIQUE
[Domaine Biocapteur]
Par KIBECHE Mohammed
Résumé:
Le principe de la bioimpédance est de mesurer une tension créée par le
passage d'un très faible courant dans les tissus biologiques. La première partie
de cette étude concerne la théorie de la bioimpédance ainsi que son intérêt pour
le domaine de la santé. Les principales applications cliniques de cette technique
sont développées dans la deuxième partie. Enfin, le dernier chapitre présente une
description de quelques appareils de mesure de bioimpédance.
ANNÉE UNIVERSITAIRE 2013/2014

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Table des matières :
Table des matières :....................................................................................................................1
Table des illustrations :...............................................................................................................2
CHAPITRE I : GENERALISATION...................................................................................................3
I. Historique de capteur :................................................................................................... 3
II. Introduction du capteur :............................................................................................... 3
III. Les types du capteur :.................................................................................................4
a. Capteur mécanique :.................................................................................................. 4
b. Capteur chimique :..................................................................................................... 5
IV. Qualité du capteur en général :..................................................................................7
CHAPITRE II : IMPEDANCEMETRIQUE.........................................................................................8
1. Définition :...................................................................................................................... 8
2. Principe :......................................................................................................................... 8
2.1. Partie théorique :....................................................................................................9
2.2. Partie expérimentale :........................................................................................... 12
3. Conditions sur l’Impédancemétrique :......................................................................... 14
CHAPITRE III : LES APPLICATIONS............................................................................................. 15
1. Caractérisation corporelle (Mesure de la composition du corps) :..............................15
I. Définition :................................................................................................................ 15
II. Principe et composition :..........................................................................................16
2. La mesure du débit cardiaque (bioimpédance thoracique et le CM 140) :..................16
I. BIOIMPÉDANCE THORACIQUE :................................................................................16
II. Le CM 140 (multiparamétrique):..............................................................................18
3. PH-mètre :.....................................................................................................................20
4. Tympanométrie :.......................................................................................................... 21
CHAPITRE IV : LES DIRECTIVES DE SECURITE ELECTRIQUE....................................................... 24
1. Introduction :................................................................................................................ 24
2. Le principe de sécurité et définitions :......................................................................... 24
CONCLUSION :...................................................................................................................... 28
Bibliographie :...........................................................................................................................29
Biblioweb :................................................................................................................................ 29

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Table des illustrations :
Figure 1: Schéma représentant de ISFET.......................................................................6
Figure 3: Schéma représentant les principes généraux de l’impédancemétrique.......... 9
Figure 4: Schéma du dispositif expérimental pour les mesures à potentiel contrôlé... 13
Figure 5: Schéma représentant les étapes de fabrication d’impédancemétrique..........13
Figure 6: Courbe d'impédance thoracique et formule (2). VES : volume d'éjection
systolique. L : longueur thoracique (normogramme). LVET : temps d'éjection
ventriculaire gauche. dZ/dt : variation maximum d'impédance thoracique. Z0 :
impédance basale......................................................................................................... 18
Figure 7: les capteurs sensibles de l'appareil CM 140.................................................. 20
Figure 8: Schéma représentant les principes généraux de pH-mètre........................... 21
Figure 9: Schéma représentant les principes généraux de tympanométrie................. 23
Tableau 1: Résumé de la situation, des avantages et inconvénients des capteurs
utilisant les polymères....................................................................................................7
Tableau 2: Représentant les avantages et les inconvénients des différents types de
biocapteurs................................................................................................................... 14

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CHAPITRE I : GENERALISATION
I. Historique de capteur :
Le terme de bio-impédance a été évoqué par le scientifique Cremer en 1907 lorsqu'il
a testé le phénomène de bioimpédance sur un cœur isolé de grenouille. Nyober, en
1940, puis Kubicek en 1966, introduit la notion de dérivée d'impédance qui permettra
par la suite de mesurer le taux d'éjection systolique à la sortie du cœur sur des
astronautes de la NASA. Plus tard, avec les travaux de Sramek, Bernstein & Quail en
1985, l'impédancemétrie a été reprise pour la mesure du débit cardiaque.
Les premières recherches en impédancemétrie, pour la mesure du débit cardiaque,
utilisaient une équation basée sur la dérivée du signal d'impédance et sur le paramètre
Z0dit « impédance de base ».
II. Introduction du capteur :
Un biocapteur est défini comme un outil analytique associant un composant
biochimique (enzyme, anticorps, antigène, ADN, ARN, micro-organisme…) à un
transducteur qui transforme la reconnaissance moléculaire en un signal mesurable. Le
signal peut être optique, en utilisant la fluorescence, la chimiluminescence, la
colorimétrie ou de résonance de plasmons de surface (SPR).
Les transducteurs piézo-électriques sont également fréquemment utilisés. Le GFB
s’intéresse bien entendu plus particulièrement aux biocapteurs mettant directement en
jeu une transduction de type électrochimique ou assimilée, qui met en jeu
l’ampérométrie, la potentiométrie, la conductimétrie, l’utilisation des charges ioniques
(avec les membranes sélectives), etc.

4
III.Les types du capteur :
a. Capteur mécanique :
Avec le développement des microsystèmes, de nombreuses
investigations sont apparues récemment notamment pour les
détecteurs mécaniques. En effet, avec la réduction en taille, la
sensibilité de ces capteurs s’est nettement améliorée, car le
rapport surface/volume augmentant, les phénomènes situés en
surface ont tendance à devenir prépondérants. Plusieurs types de détecteurs existent
tels que les capteurs thermométriques, les détecteurs à onde de surface, les
microbalances ou encore les micro-leviers. Les transducteurs thermométriques sont
peu utilisés du fait qu’ils sont limités aux analyses en milieu réactionnel produisant
des variations thermiques. Ces capteurs calorimétriques tels que les thermistances
permettent de quantifier, la variation de température lors d’une réaction bio-
métabolique. Les capteurs à ondes de surface utilisent des ondes acoustiques de
surface progressives (SAW Surface Acoustic Wave). Ces capteurs sont constitués de
deux paires d’électrodes inter-digitées séparées par un matériau sensible. Une des
paires d’électrodes exige un matériau piézoélectrique créant une onde de surface (par
exemple de Rayleigh ou de Love). Cette onde se propage à la surface, elle est ensuite
détectée par l’autre paire d’électrode inter-digitée. Cette technique est très employée
pour réaliser des filtres hautes fréquences utiles en traitement du signal, pour la
télévision ou la téléphonie mobile par exemple. Dans le cadre des capteurs, on
regardera comment la propagation de l’onde de surface sera atténuée selon des
paramètres sensibles aux caractéristiques mécaniques de la surface, entre autres la
masse ajoutée sur cette surface de propagation. Du fait des fréquences très élevées des
ondes (30-500MHz), l’utilisation en milieu liquide est compromise par l’absorption
considérable de l’onde par le liquide. Les microbalances à quartz sont constituées
d’une fine pastille de quelques millimètres d’épaisseur et de quelques centimètres de
diamètre d’un matériau piézoélectrique. En mettant en vibration le quartz dans son
premier mode de vibration transversal, sa fréquence de résonance étant comprise entre
5 et 25 MHz et du fait un excellent facteur de qualité aux alentours de 10+5, la
fréquence est très sensible à la masse totale en vibration. Ainsi, en ajoutant à la
surface d’un tel quartz une couche sensible, et en réalisant un suivi de cette fréquence
de résonance lors de la réaction, on peut avoir accès à une variation de masse. Notons
qu’il n’est pas aisé d’appliquer cette méthode en milieu liquide du fait de la forte
sensibilité du facteur de qualité à la viscosité du fluide, mais des améliorations
techniques récentes permettent d’obtenir de bons résultats. Les micro-leviers sont
utilisés suivant deux modes de détection en déformation statique en suivant par
exemple les variations d’une piézo-résistance intégré dans le micro-levier ou en mode
résonance en suivant la variation de la fréquence de résonance. Ce type de capteur est
très sensible (jusqu'à des concentrations de 10-18 mole) et donc peu approprié pour nos
applications.