Organic gas sensors dedicated to breath analysis, a case study: kidney disease diagnosis
Diagnostic précoce de maladies rénales par systèmes multi-capteurs à base de composites conducteurs
Résumé
Linus Pauling demonstrated in 1971 the link between the health of an individual and the gaseous composition of the breath. In the particular case of chronic renal insufficiency, a dysfunction of the urea cycle induces an excess presence of ammonia in the blood, which is then partly evacuated in the exhaled air. CERI EE of IMT Nord Europe has developed an ammonia sensor based on an intrinsically conductive polymer material, polyalinine, whose electrical conductivity is modified in the presence of ammonia: the ammonia takes a proton from the polymer chain, causing an increase in resistance. This variation is reversible when the surface is again exposed to healthy air. In Paul Le Maout's thesis, in collaboration with IMT Atlantique, a set of sensitive surfaces of different polymer compositions have been combined to improve the ability to discriminate against ammonia in the complex gaseous environment of the breath. The responses, relative, derived, and integral, were determined under healthy breath and under ammonia-contaminated breath. The data collected was subjected to different learning algorithms. Thus, we are able to determine the best surface/data-type/algorithm compromise. Discrimination between healthy people and sick people is excellent, with a classification rate that can reach 97% for the Support Vector Machine.
Le Carnot TSN a interviewé Nathalie Redon, enseignante-chercheuse à l’Institut Mines-Télécom et à l'IMT Nord-Europe, lors du congrès sur les polymères et les textiles le 6 décembre à Paris. Dans cette vidéo, l'experte évoque les capteurs d'haleine.
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Linus Pauling a démontré en 1971 le lien entre la santé d'un individu et la composition gazeuse de son haleine. Dans le cas particulier de l'insuffisance rénale chronique, un dysfonctionnement du cycle de l'urée induit une présence excessive d'ammoniac dans le sang, qui est ensuite partiellement évacué dans l'air expiré. Le CERI EE d'IMT Nord Europe a développé un capteur d'ammoniac basé sur un matériau polymère intrinsèquement conducteur, la polyalinine, dont la conductivité électrique est modifiée en présence d'ammoniac : l'ammoniac prélève un proton de la chaîne polymère, ce qui provoque une augmentation de la résistance. Cette variation est réversible lorsque la surface est à nouveau exposée à l'air sain. Dans la thèse de Paul Le Maout, en collaboration avec IMT Atlantique, un ensemble de surfaces sensibles de différentes compositions de polymères ont été combinées pour améliorer la capacité à discriminer l'ammoniac dans l'environnement gazeux complexe de la respiration. Les réponses, relatives, dérivées et intégrales, ont été déterminées dans le cas d'une haleine saine et d'une haleine contaminée par l'ammoniac. Les données recueillies ont été soumises à différents algorithmes d'apprentissage. Ainsi, nous sommes en mesure de déterminer le meilleur compromis surface/type de données/algorithme. La discrimination entre les personnes saines et les personnes malades est excellente, avec un taux de classification pouvant atteindre 97% pour le Support Vector Machine.