Les appareils électroniques pour une surveillance constante de la santé du patient sont très demandés dans la médecine moderne. Ces implants peuvent être fabriqués à partir de matériaux totalement sûrs et signalent des pics de glycémie, de pression artérielle ou l'apparition d'une réponse immunitaire aux médicaments.
Malgré les performances à long terme, ces appareils devront un jour être mis au rebut. La solution évidente au problème - l'ablation chirurgicale de l'implant - n'est clairement pas la meilleure, car une telle intervention sera douloureuse et parfois dangereuse.
Par conséquent, de nombreux groupes de bio-ingénieurs à travers le monde développent des dispositifs qui sont intégrés dans le corps, qui pourraient se dissoudre indépendamment et être retirés du corps après la date d'expiration.
«La création de tels implants est un grand pas en avant. Jusqu'à récemment, il n'y a eu aucun progrès dans le développement de dispositifs biomédicaux solubles », déclare le co-auteur Jeffrey Borenstein du Draper Laboratory dans le Massachusetts, aux États-Unis.
En 2012, le collègue scientifique des matériaux de Borenstein John Rogers de l'Université de l'Illinois et son groupe ont présenté une série de puces de silicium biodégradables capables de contrôler la température ou la déformation mécanique, de transmettre des informations à des appareils extérieurs au corps (à un ordinateur ou à un smartphone, par exemple) et même de chauffer les tissus corporels. pour prévenir l'infection. Certaines de ces puces étaient alimentées par des bobines d'induction pour fournir une alimentation sans fil à partir de sources externes.
Mais la transmission d'énergie sans fil n'est pas très adaptée aux implants sous-cutanés, qui doivent parfois être placés dans des couches profondes de tissu ou même sous l'os. De plus, les composants de tels dispositifs sont très complexes et encombrants. Après avoir étudié ces problèmes, Rogers et son équipe ont créé des batteries optimisées entièrement biodégradables pour compléter les appareils existants.
Les ingénieurs ont utilisé une feuille de magnésium comme anodes et une plaque de fer, de molybdène ou de tungstène pour les cathodes. Tous ces métaux se dissoudront lentement dans le corps et leurs ions à faible concentration sont biocompatibles.
L'électrolyte entre les deux électrodes est un tampon phosphate de sodium. Tous ces composants sont également conditionnés dans un polymère biodégradable, le polyanhydride.
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Comme indiqué dans un article publié dans la revue Advanced Materials, l'ampérage du dispositif peut varier en fonction du métal utilisé dans la cathode. Par exemple, une cellule d'une surface d'un centimètre carré avec une anode en magnésium de 50 micromètres d'épaisseur et une cathode en molybdène de 8 micromètres d'épaisseur donne 2,4 milliampères.
Une fois dissoute, la batterie libère moins de 9 milligrammes de magnésium (Photo de l'Université de l'Illinois)
Une fois dissoute, la batterie libère moins de 9 milligrammes de magnésium, soit environ le double du stent de l'artère coronaire en magnésium qui a été testé avec succès dans des essais cliniques. De telles concentrations peuvent ne pas causer de problèmes, a déclaré Rogers.
Jusqu'à présent, toutes les versions de l'appareil biodégradable sont capables de fonctionner dans le corps pendant 24 heures, mais les ingénieurs travaillent déjà à augmenter la durée de vie potentielle de la productivité. Ils espèrent également augmenter la densité d'énergie en modifiant la surface de la feuille de magnésium. La grande surface augmentera la réactivité du matériau. Selon les estimations préliminaires des auteurs de l'étude, une batterie de 0,25 cm2 et d'un seul micromètre d'épaisseur est tout à fait capable d'alimenter un capteur sous-cutané pendant la journée.
A noter que le développement de Rogers est un concurrent potentiel du projet de Christopher Bettinger: ce dernier a utilisé la mélanine pigmentaire cutanée pour créer les anodes pour une sécurité maximale du bioaccumulateur. Néanmoins, une analyse comparative a montré que les batteries à anode au magnésium de Rogers sont tout aussi sûres, mais ont une densité d'énergie plus élevée et une durée de vie plus longue, ce qui signifie qu'elles gagnent.
Borenstein ajoute que de tels dispositifs peuvent être utilisés non seulement pour la surveillance biomédicale et l'administration de médicaments, mais aussi, par exemple, comme capteurs pour évaluer en continu l'état de l'environnement. Des capteurs dégradables peuvent être placés dans l'océan, où ils surveillent le degré de contamination, et à la fin de leur vie, ils se dissoudront presque sans laisser de trace.
