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Jul 27, 2023

Le transistor peut adhérer aux organes internes comme du ruban adhésif

Par Sarah CP Williams 16 août 2023 Coller un capteur implantable à la surface d'un cœur battant nécessite généralement une suture autour de la périphérie du capteur ou de grandes quantités d'adhésif en couches.

Par Sarah CP Williams

16 août 2023

Coller un capteur implantable à la surface d’un cœur battant nécessite généralement une suture autour de la périphérie du capteur ou de grandes quantités d’adhésif superposées entre le capteur et le cœur. Dans les deux cas, un tel capteur a rarement un contact étroit et ininterrompu avec le tissu cardiaque, ce qui limite les données que les cliniciens peuvent collecter sur la fonction cardiaque d'un patient.

Pour résoudre ce défi, des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago ont conçu un nouveau semi-conducteur adhésif capable d'adhérer étroitement aux surfaces humides et souples des tissus vivants, y compris le cœur. Le semi-conducteur, décrit dans la revue Science, confère des propriétés adhésives aux tissus pour les biocapteurs à transistors.

"Il s'agit du premier semi-conducteur et transistor doté d'une bioadhésion comme propriété intrinsèque - vous n'avez pas besoin de points de suture, d'agrafes ou de colle invasifs pour les organes", a déclaré Sihong Wang, professeur adjoint à Pritzker Molecular Engineering, qui a dirigé la recherche. "Cela va ouvrir toutes sortes de nouvelles possibilités en matière de biodétection." Wang occupe également un poste conjoint au Laboratoire national d'Argonne.

Le laboratoire de Wang au PME se concentre sur le développement de nouveaux matériaux pour étayer une suite complète de dispositifs interfaçant avec le corps humain pour la surveillance de la santé. Certaines de leurs recherches antérieures ont abouti à des puces informatiques extensibles et flexibles capables d'analyser des données de santé, ainsi qu'à des écrans extensibles à intégrer dans des appareils électroniques portables.

Mais Wang pensait que davantage de travail était nécessaire pour révolutionner les biocapteurs qui effectuent la première étape de ce flux de travail : collecter des informations provenant des organes internes pour les envoyer aux puces et aux écrans.

Selon lui, les biocapteurs développés précédemment n’étaient pas très efficaces pour adhérer étroitement aux organes vivants. Cela signifiait que les données fournies étaient incohérentes ou inégales.

"Une étape clé pour obtenir des informations de n'importe où à l'intérieur du corps humain consiste à transduire le signal d'un tissu vers un appareil, et plus votre appareil peut se conformer et adhérer étroitement à la surface d'un tissu, plus la transduction du signal sera efficace", a expliqué Nan Li, titulaire d'un doctorat. étudiant du laboratoire de Wang, qui est le premier auteur de ce travail.

En plus d’être constamment en mouvement et d’avoir la capacité de croître ou de rétrécir, la plupart des organes humains sont constamment humides.

« Chacun sait, par expérience de vie, que si vous essayez de coller un morceau de ruban adhésif sur une surface sèche, il peut adhérer fortement », a déclaré Wang. "Mais essayez de coller le même ruban adhésif sur une surface humide et cela devient beaucoup plus difficile."

Le groupe de Wang a surmonté ces défis en développant un nouveau polymère qui absorbe le liquide à la surface d'un tissu humide et adhère ensuite à sa surface. Ils ont combiné le polymère avec le type de semi-conducteurs étirables et flexibles qu'ils avaient conçus dans le passé. Le capteur résultant est un « double réseau » de deux matériaux : un bioadhésif et un semi-conducteur. Les chercheurs ont conçu le nouveau matériau de manière à ce que les propriétés d’aucun des deux matériaux, lorsqu’ils sont combinés, ne diminuent.

Pour tester l'utilité du nouveau polymère adhésif, Wang et ses collègues ont utilisé ce matériau pour créer des dispositifs capables de collecter des données sur l'activité électrique des cœurs.

"Les dispositifs pourraient être fixés à n'importe quel endroit de la surface du cœur avec moins d'une minute de pression très douce", a déclaré Wang.

Les appareils, ont-ils montré, adhèrent à une zone du cœur sans dérive et collectent des données plus fiables et de meilleure qualité que les appareils agrafés ou collés au cœur. Pour les chercheurs qui souhaitent cartographier des données sur de nombreuses zones d’un organe comme le cœur, une telle adhésion tissulaire stable et intime peut grandement améliorer la résolution spatiale d’un enregistrement à long terme.

Mais Wang affirme que les utilisations possibles du nouveau matériau bioadhésif vont bien au-delà de l’enregistrement des signaux électrophysiologiques. Le même matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des capteurs adhésifs qui collectent des données à l’intérieur du corps sur les niveaux de molécules immunitaires, d’électrolytes ou de métabolites.