Bien que de vrais « cyborgs » -; partie humaine, partie robotique -; sont de la science-fiction, les chercheurs prennent des mesures pour intégrer l'électronique au corps.
De tels dispositifs pourraient surveiller le développement de la tumeur ou remplacer les tissus endommagés. Mais connecter l'électronique directement aux tissus humains du corps est un énorme défi. Maintenant, une équipe rapporte de nouveaux revêtements pour les composants qui pourraient les aider à s'intégrer plus facilement dans cet environnement.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui à l'American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting & Expo. L'ACS tient la réunion jusqu'à jeudi. Il comprend plus de 6 000 présentations sur un large éventail de sujets scientifiques.
«Nous avons eu l'idée de ce projet parce que nous essayions d'interfacer des microélectrodes rigides et inorganiques avec le cerveau, mais les cerveaux sont faits de matériaux organiques, salés et vivants», explique David Martin, Ph.D., qui a dirigé l'étude. « Cela ne fonctionnait pas bien, alors nous avons pensé qu'il devait y avoir une meilleure solution. »
Les matériaux microélectroniques traditionnels, tels que le silicium, l'or, l'acier inoxydable et l'iridium, provoquent des cicatrices lors de leur implantation. Pour les applications dans les tissus musculaires ou cérébraux, les signaux électriques doivent circuler pour qu'ils fonctionnent correctement, mais les cicatrices interrompent cette activité. Les chercheurs ont estimé qu'un revêtement pouvait aider.
Nous avons commencé à examiner les matériaux électroniques organiques comme les polymères conjugués qui étaient utilisés dans les dispositifs non biologiques. Nous avons trouvé un exemple chimiquement stable qui a été vendu dans le commerce comme revêtement antistatique pour écrans électroniques. «
David Martin, Ph.D, auteur principal de l'étude, Université du Delaware
Après des tests, les chercheurs ont découvert que le polymère avait les propriétés nécessaires pour interfacer le matériel et les tissus humains.
«Ces polymères conjugués sont électriquement actifs, mais ils sont également ioniquement actifs», explique Martin. « Les contre-ions leur donnent la charge dont ils ont besoin, alors lorsqu'ils sont en fonctionnement, les électrons et les ions se déplacent. »
Le polymère, connu sous le nom de poly (3,4-éthylènedioxythiophène) ou PEDOT, a considérablement amélioré les performances des implants médicaux en abaissant leur impédance de deux à trois ordres de grandeur, augmentant ainsi la qualité du signal et la durée de vie de la batterie chez les patients.
Martin a depuis déterminé comment spécialiser le polymère, en mettant différents groupes fonctionnels sur PEDOT. L'ajout d'un substituant acide carboxylique, aldéhyde ou maléimide au monomère éthylènedioxythiophène (EDOT) donne aux chercheurs la polyvalence nécessaire pour créer des polymères avec une variété de fonctions.
«Le maléimide est particulièrement puissant parce que nous pouvons faire des substitutions chimiques par clic pour fabriquer des polymères et des biopolymères fonctionnalisés», explique Martin. Le mélange de monomère non substitué avec la version à substitution maléimide donne un matériau avec de nombreux emplacements où l'équipe peut attacher des peptides, des anticorps ou de l'ADN.
«Nommez votre biomolécule préférée, et vous pouvez en principe faire un film PEDOT qui a le groupe biofonctionnel qui vous intéresse», dit-il.
Plus récemment, le groupe de Martin a créé un film PEDOT avec un anticorps pour le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) attaché. Le VEGF stimule la croissance des vaisseaux sanguins après une blessure et les tumeurs détournent cette protéine pour augmenter leur apport sanguin.
Le polymère que l'équipe a développé pourrait servir de capteur pour détecter la surexpression du VEGF et donc les premiers stades de la maladie, entre autres applications potentielles.
D'autres polymères fonctionnalisés comportent des neurotransmetteurs, et ces films pourraient aider à détecter ou à traiter les troubles du cerveau ou du système nerveux.
Jusqu'à présent, l'équipe a fabriqué un polymère avec de la dopamine, qui joue un rôle dans les comportements addictifs, ainsi que des variantes fonctionnalisées par la dopamine du monomère EDOT. Martin dit que ces matériaux hybrides biologiques-synthétiques pourraient un jour être utiles pour fusionner l'intelligence artificielle avec le cerveau humain.
En fin de compte, dit Martin, son rêve est de pouvoir adapter la façon dont ces matériaux se déposent sur une surface, puis de les mettre dans les tissus d'un organisme vivant. « La capacité de faire la polymérisation d'une manière contrôlée à l'intérieur d'un organisme vivant serait fascinante. »
La source:
American Chemical Society
