Electrochemical characterization of electrode materials of a sensor device for the clinical diagnosis of sudomotor dysfunction
Caractérisation électrochimique de matériaux d'électrodes d'un dispositif capteur pour le diagnostic clinique du dysfonctionnement sudomoteur
Résumé
SUDOSCAN TM is a new technology, conceived by the company " Impeto Medical ", for the analysis of sudomotor functions, allowing to realize an early diagnosis of diabetes. This non invasive device is based on measurements of skin conductance via the application of low voltage potentials between nickel electrodes, placed on different skin regions, and measuring low generated currents. The sensitivity of this technology is attributed to the sensitivity of electrodes to sweat composition. In this context and to support this hypothesis, an in-depth study of the electrochemical behavior of nickel was carried out in sweat-mimic solutions and using a set-up similar to that of the medical device. This study allowed us to define the origin of the measured currents by SUDOSCANTM. This study also clearly indicates that the nature of electrodes and the composition of sweat in chloride are the two key parameters allowing the sensitivity of nickel. This led us to study the influence of chloride concentrations on the kinetic of the electrochemical reactions. The proposed mechanisms and the obtained kinetic parameters were then used by " Impeto Medical " to complete a theoretical model of the obtained electrical signals during the clinical tests. An evaluation of the ageing of electrodes on their performance was conducted by realizing a surface analyzes using XPS and SIMS spectroscopies. Our results have highlighted the importance of alternating the polarity of electrodes to ensure their sensitivity and the reproducibility of measurements. However, after frequent uses, the metal/sweat interaction can lead to a slight deterioration of the electrodes surface. Finally, in order to reduce the allergic risk, the electrochemical studies were extended to the stainless steel 304L as a replacement material of nickel. The electrochemical study shows that stainless steel 304L is sensitive to the deviation of sweat ionic balance. This makes stainless steel 304L a substitution material very promising.
SUDOSCAN TM est une nouvelle technologie, conçue par la société " Impeto Médical ", pour l'analyse des fonctions sudomotrices, permettant de réaliser un diagnostic précoce du diabète. Cette technique non invasive est fondée sur des mesures de conductance de la peau via l'application de tensions de faible amplitude entre des électrodes de nickel appliquées au niveau de la peau et la mesure des faibles courants générés. La sensibilité de cette technologie est attribuée à la sensibilité des électrodes à la composition de la sueur. Dans ce contexte et pour étayer cette hypothèse, une étude approfondie du comportement électrochimique du nickel a été menée dans des solutions mimant la sueur et à l'aide d'un montage mimant le dispositif médical. Cette étude a permis de déterminer l'origine des courants mesurés par SUDOSCANTM et montre que la nature des électrodes et la composition de la sueur en chlorure sont les deux paramètres clés de la sensibilité du nickel. Ceci nous a conduits à étudier l'influence de la concentration en chlorure sur la cinétique des réactions électrochimiques. Les mécanismes proposés et les paramètres cinétiques obtenus ont été ensuite exploités par Impeto Medical pour compléter un modèle théorique des signaux électriques obtenus durant les tests cliniques. Une évaluation du vieillissement des électrodes sur leurs performances a par ailleurs été menée en réalisant des analyses de surface par spectroscopies XPS et SIMS. Nos résultats ont mis en évidence l'importance d'alterner la polarité des électrodes pour assurer leur sensibilité et la reproductibilité des mesures. Néanmoins, lors d'une utilisation fréquente, l'interaction électrodes/sueur peut mener à une légère dégradation de la surface des électrodes. Finalement, les études électrochimiques ont été étendues à l'acier inox 304L comme matériau de remplacement du nickel afin de diminuer le risque allergique. L'étude électrochimique montre que l'inox 304L est sensible à la déviation de la balance ionique dans la sueur, ce qui fait de lui un matériau de substitution très prometteur.
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