Les implants neuronaux contiennent des circuits intégrés (CI) – communément appelés puces – construits sur silicium. Ces implants doivent être petits et flexibles pour imiter les circonstances à l’intérieur du corps humain. Cependant, l’environnement à l’intérieur du corps est corrosif, ce qui soulève des inquiétudes quant à la durabilité des circuits intégrés implantables en silicium. Une équipe de chercheurs de la Section de bioélectronique dirigée par le Dr Vasiliki (Vasso) Giagka relève ce défi en étudiant les mécanismes de dégradation des circuits intégrés en silicium dans le corps et en les recouvrant d'élastomères PDMS souples pour former des barrières contre les fluides corporels qui offrent une longue durée de vie. protection à terme aux puces implantables. Ces découvertes améliorent non seulement la longévité des CI implantables, mais élargissent également considérablement leurs applications dans le domaine biomédical. L'article sur ce projet est publié dans la prestigieuse revue Nature Communications.
Des recherches cruciales sur les maladies du cerveau
Les implants neuronaux sont essentiels pour étudier le cerveau et développer des traitements pour les patients atteints de maladies comme la maladie de Parkinson ou la dépression clinique. Les implants neuronaux stimulent, bloquent ou enregistrent électriquement les signaux des neurones ou des réseaux neuronaux du cerveau. Pour l’étude et le traitement, et notamment pour un usage chronique, ces implants neuronaux doivent être durables.
« Les implants neuronaux miniaturisés ont un énorme potentiel pour transformer les soins de santé, mais leur stabilité à long terme dans l'organisme est une préoccupation majeure », explique Vasso Giagka, chercheur à l'Université technique de Delft. « Notre recherche identifie non seulement les principaux défis, mais fournit également des lignes directrices pratiques pour améliorer la fiabilité de ces dispositifs, nous rapprochant ainsi de solutions cliniques sûres et durables. »
Les chercheurs ont évalué les performances électriques et matérielles des puces (provenant de deux fabricants différents, également appelés fonderies) sur une période d'un an, grâce à des méthodes accélérées. in vitro et in vivo études. Ils ont utilisé des structures IC en silicium nu et les ont intégrées à des élastomères PDMS souples pour former des barrières contre les fluides corporels offrant une protection à long terme aux puces implantables. Les puces utilisées dans l'étude étaient partiellement recouvertes de PDMS (polydiméthylsiloxane), un polymère contenant du silicium. Cela a créé deux régions sur les puces, une région « matrice nue » et une région « revêtue de PDMS ». Pendant la phase accélérée in vitro étude, les puces ont été trempées dans de l'eau chaude salée et polarisées électriquement (exposées à des courants électriques continus). Les puces ont été contrôlées périodiquement et les résultats ont montré des performances électriques stables. Cela a montré que les puces restaient opérationnelles, même lorsqu’elles étaient directement exposées à des fluides corporels.
L'analyse des matériaux des puces a révélé une dégradation des puces dans les régions nues, mais une dégradation limitée dans les régions recouvertes de PDMS.
Cela montre que le PDMS est un encapsulant très approprié pour une implantation de plusieurs années. Ces informations éclaireront et permettront la conception d’implants bioélectroniques actifs de pointe à l’échelle d’une puce pour les interfaces cerveau-ordinateur peu invasives et la recherche neuroscientifique chronique. Et sur la base de ces nouvelles connaissances, des lignes directrices sont proposées qui pourraient améliorer la longévité des puces implantables, élargissant ainsi leurs applications dans le domaine biomédical.
Des scientifiques surpris
« Nous avons tous été surpris », partage le doctorant Kambiz Nanbakhsh, premier auteur de ces travaux. « Je ne m'attendais pas à ce que les micropuces soient aussi stables lorsqu'elles sont trempées et polarisées électriquement dans de l'eau chaude salée. »
Vasso est également très enthousiasmé par les résultats de l'étude. « Nos résultats démontrent que les puces de silicium nues, lorsqu'elles sont soigneusement conçues, peuvent fonctionner de manière fiable dans le corps pendant des mois. En relevant les défis de fiabilité à long terme, nous ouvrons de nouvelles portes aux implants neuronaux miniaturisés et faisons progresser le développement de systèmes bioélectroniques de nouvelle génération. dispositifs dans les applications cliniques.
Vasso souligne le rôle protecteur du PDMS. « Ce travail révèle le rôle essentiel de l'encapsulation en silicone dans la protection des circuits intégrés implantables contre la dégradation. En prolongeant la durée de vie des implants neuronaux, notre étude ouvre la voie à des technologies plus durables et plus efficaces pour les interfaces cerveau-ordinateur et les thérapies médicales. » Kambiz est tout à fait d'accord avec Vasso : « C'était une longue enquête, mais j'espère que les résultats seront utiles à beaucoup. »
Les chercheurs sont également ravis de voir leurs travaux publiés dans la revue réputée Communications naturelles.
