Samedi-sciences (59) : des implants électroniques biodégradables dans le corps

Imaginez un implant électronique ayant une fonction médicale, par exemple prévenir les risques d’infections après une opération en chauffant la zone , et qui disparaît une fois qu’il a rempli sa fonction.

Imaginez un implant électronique ayant une fonction médicale, par exemple prévenir les risques d’infections après une opération en chauffant la zone , et qui disparaît une fois qu’il a rempli sa fonction.

Circuit intégré biodégradable en train de se dissoudre dans l'eau © Beckman Institute, University of Illinois and Tufts University Circuit intégré biodégradable en train de se dissoudre dans l'eau © Beckman Institute, University of Illinois and Tufts University
Imaginez qu’après une intervention chirurgicale, on vous implante un petit dispositif électronique qui chauffe la région opérée afin de prévenir les infections bactériennes sans recourir aux antibiotiques, ou lorsque les microbes sont résistants ; puis qu’une fois sa fonction remplie, au bout de deux ou trois semaines, l’implant électronique se dissolve et disparaisse sans nécessiter de nouvelle intervention.

Une telle possibilité est ouverte par les travaux d’un groupe de chercheurs américains que dirige John Rogers, de l’université d’Illinois à Urbana-Champaign. Rogers et ses collègues décrivent, dans un article publié par la revue Science, les premiers composants de ce qu’ils appellent une « électronique transitoire » (« transient electronic ») : des circuits intégrés biodégradables qui, au bout d’une durée contrôlable, disparaissent en se dissolvant dans l’eau où les fluides corporels (Pour voir une vidéo d'un de ces composants se dissolvant dans l'eau, cliquer ici).

L’idée peut surprendre. En général, on cherche plutôt à construire des circuits électroniques capables de résister à l’usure et aux agressions de l’environnement afin, par exemple, de disposer de mémoires d’ordinateurs fiables. Pourtant, les cicuits biodégradables pourraient, selon leurs inventeurs, avoir plusieurs types d’applications :

• des implants médicaux à usage diagnostique ou thérapeutique, ne produisant pas d’effets secondaires à long terme, comme dans l’exemple ci-dessus ; John Rogers et ses collègues ont aussi fabriqué des caméras numériques implantables permettant de transmettre des images à distance ;

• des capteurs utilisables pour surveiller l’environnement, par exemple pour mesurer la température où l’humidité dans un lieu précis, sans que le capteur reste indéfiniment sur place ;

• des composants d’appareils électroniques de grande consommation qui sont fréquemment renouvelés, tels que les téléphones portables, afin de réduire la masse de déchets produits par les appareils obsolètes.

Dans ces trois cas de figure, l’intérêt du système biodégradable est son caractère temporaire et sa capacité à disparaître sans laisser de trace ni causer de pollution. Les systèmes d’électronique transitoire peuvent durer de quelques jours à quelques années, selon les types d’usage souhaités.

Rogers et ses collègues ont ainsi fabriqué des transistors, des diodes, des équivalents sans fil de bobines magnétiques, des capteurs de température ou de tension, des photodétecteurs, des cellules solaires, des oscillateurs radio, etc. Tous ces composants sont biocompatibles et peuvent se dissoudre dans une toute petite quantité de liquide.

Appareil biodégradable destiné à prévenir une infection implanté sur un rat © Beckman Institute, University of Illinois and Tufts University Appareil biodégradable destiné à prévenir une infection implanté sur un rat © Beckman Institute, University of Illinois and Tufts University

Les chercheurs ont déjà testé expérimentalement plusieurs dispositifs d’ « électronique transitoire », notamment une caméra numérique à 64 pixels, et le système thermique anti-infection décrit précédemment, qui a été essayé sur des rats.

Comment cela fonctionne-t-il ? Les galettes de silicium qui servent de support aux circuits intégrés ordinaires mettraient des siècles à se dissoudre. Les composants de Rogers ne sont pas gravés sur des galettes conventionnelles, mais sur des couches de silicium extraordinairement fines, appelées nanomembranes, qui peuvent se dissoudre en quelques jours ou semaines dans quelques gouttes d’eau. Les connexions sont réalisées en magnésium, moins bon conducteur que les classiques cuivre et aluminium, mais soluble dans l’eau et bien toléré par l’organisme. 

Chaque composant est revêtu de soie naturelle, fabriqué avec du véritable fil de ver à soie qui est dissout et recristallisé. En contrôlant la cristallisation, on peut déterminer assez précisément la durée nécessaire au revêtement de soie pour se dissoudre. Une fois que la soie s’est dissoute, c’est le composant lui-même qui se met à fondre.

Ce procédé très ingénieux est adapté à de nombreuses configurations et possède un large éventail d’applications potentielles.

Ainsi, John Rogers envisage de mettre au point des dispositifs de stimulation électique pour favoriser la croissance des os après une fracture, ou encore pour libérer des doses contrôlées d’un médicament pendant une certaine durée.

En-dehors des applications médicales, John Rogers évoque d’autres possibilités, dans une interview accordée au Los Angeles Times : « Considérez le cas d’une pollution chiumique à grande échelle que l’on cherche à nettoyer, explique le chercheur. Il pourrait être utile de larguer d’un avion 100.000 dispositifs d’électronique transitoires qui permettraient de mesurer des paramètres importants de cette pollution (comme la température) et transmettre l’information sans fil à une station réceptrice. On pourrait ainsi suivre en temps réel le devenir de cette pollution, et ensuite les milliers de capteurs disparaîtraient purement et simplement. »

Autre idée, encore plus audacieuse : le téléphone mobile jetable, et même soluble, dont on se débarrasserait sans produire les quantités massives de déchets issues des appareils actuels. Astucieux et bon pour l’environnement. Seul inconvénient : est-ce que ce téléphone biodégradable ne risque pas de se mettre à fondre au milieu d’une conversation ?

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