Détection non invasive par LED SWIR pour applications médicales et de santé
Introduction
La détection non invasive s'impose rapidement comme la pierre angulaire de la gestion moderne de la santé. Les LED SWIR (900-1 700 nm) combinent une faible diffusion tissulaire, une forte pénétration optique et des pics d'absorption spécifiques aux molécules, permettant ainsi des estimations indolores et en temps réel du glucose, du cholestérol et des protéines totales, sans réactifs, aiguilles ni instruments de laboratoire.
Pourquoi les LED SWIR ?
• Diffusion 10 à 100 fois plus faible dans la peau que dans le VIS/NIR-I → les photons atteignent 2 à 3 mm de liquide interstitiel sous-cutané
• Bandes d'absorption fortes et distinctes : glucose (1 450/1 500 nm), cholestérol (1 050/1 300 nm), protéines (940/1 200 nm)
• À semi-conducteurs, économe en énergie : puissance de sortie de l'ordre du mW, durée de vie > 50 000 h, dérive spectrale
• Boîtier à l'échelle de la puce (1,6 mm × 1,6 mm) déjà qualifié pour les dispositifs portables grand public
Principes et dernières avancées en matière de ciblage physiologique
3.1 Glucose
Mécanisme : absorption différentielle entre 1 450 nm (glucose + eau) et 1 500 nm (principalement eau) avec correction cinétique pour le volume sanguin pulsatile.
État d'avancement : le module exploratoire « Silicon Photonics » d'Apple (LED SWIR + photodiode Ge) a atteint la zone A de la grille d'erreur de Clarke à 78 % sur l'avant-bras ; la paire émetteur 1 450 nm + référence 1 550 nm de 3 mW de Zhuhai Tianhui a réduit la différence relative absolue moyenne (MARD) à 9,2 % chez 30 sujets lors d'un test OGTT.
3.2 Cholestérol
Mécanisme : le rapport de réflectance à 1 050 nm/1 300 nm est corrélé à la teneur en lipoprotéines de basse densité (LDL).
État : Prototype de bracelet de l'Université de Tokyo (double puce Tianhui 1 050 nm + 1 300 nm) vs. dosage enzymatique : R² = 0,87, CV de répétabilité 4,1 %.
3.3 Protéines totales
Mécanisme : bande de combinaison de liaison peptidique à 940 nm et à 1 200 nm ; normalisée par le point isosbestique de l'hémoglobine à 850 nm pour annuler la variation du volume sanguin.
État : Démonstration en laboratoire de Tianhui sur 24 volontaires : RMSEP des protéines plasmatiques 0,32 g dL⁻¹ (référence : Biuret).
Intégration des objets connectés et de la télésanté
Facteurs de forme
• Anneau inférieur de la montre intelligente : 6 puces LED SWIR multi-longueurs d'onde Tianhui (940/1 200/1 450 nm) dans un boîtier QFN de 3,5 mm × 2,0 mm, pilotées à 100 Hz en rafale, puissance moyenne
• Bague intelligente : substrat flexible en polyimide avec diffuseur micro-optique ; diaphonie optique
• Lentille de contact : 500 µm × 500 µm 1 LED SWIR 300 nm + photodétecteur en graphène, alimentation sans fil via NFC.
Système de pipeline
Partie optique frontale : LED → peau → photodiode Si-InGaAs → convertisseur analogique-numérique 24 bits
Apprentissage automatique de pointe : régression TinyML optimisée avec une bibliothèque spectrale de tissus de 1 000 sujets → fournit les valeurs de glucose (mg dL⁻¹), de cholestérol (mg dL⁻¹) et de protéines (g dL⁻¹) toutes les 30 s
Connectivité : BLE 5.2 → smartphone → cloud conforme à la norme HIPAA → tableau de bord du clinicien
Boucle de soins pour les maladies chroniques : alerte hypo/hyperglycémie, partage des tendances, rappel de médicaments ; une étude clinique a montré une réduction de 32 % du taux d’HbA1c chez les diabétiques de type II après 3 mois.
Module SWIR « Santé en un » de Zhuhai Tianhui
• Module unique tri-longueur d'onde : 940 nm | 1 200 nm | 1 450 nm (±10 nm), largeur à mi-hauteur (FWHM) 20 nm, 3 mW sr⁻¹ chacun
• Encombrement : 1,6 mm × 1,6 mm × 0,55 mm ; compatible avec le procédé de refusion CMS standard
• Consommation électrique : 1 mA par canal à 3 V, impulsion de 100 ms
• Kit d'évaluation : banc optique de référence (séparation source-détecteur de 8 mm), écran de protection contre la lumière en TPU noir, firmware Nordic nRF52 avec SDK d'algorithme open source
• Assistance réglementaire : ensemble de données de pré-scan IEC 60601-1-2 EMC fourni ; rapport de tolérance optique de 6 mois prêt pour la soumission 510(k).
Délai clé en main
Semaine 1 – Insertion optique dans le boîtier existant
Semaine 2 – intégration et étalonnage du firmware
Semaine 3 – étude pilote auprès des utilisateurs (20 sujets)
Semaine 4 – Verrouillage de l'algorithme et validation de la production
Feuille de route de nouvelle génération
2025 : extension à 1 650 nm pour la déconvolution spectrale des sous-fractions LDL/HDL
2026 : LED SWIR à cristal photonique de puissance microwatt alimentée par récupération d’énergie (chaleur corporelle + PV)
2027 : Optrode SWIR de 0,3 mm³ entièrement implantable associée à un système d’administration de médicaments en boucle fermée piloté par l’IA
Contactez Zhuhai Tianhui dès aujourd'hui pour co-concevoir votre solution de détection de santé par LED SWIR sur mesure, de la puce nue au module médical certifié.