Les polymères qui sont de bons conducteurs d'électricité pourraient être utiles dans les dispositifs biomédicaux, pour aider à la détection ou à l'électrostimulation, par exemple. Mais il y a eu un point d'achoppement empêchant leur utilisation généralisée :leur incapacité à adhérer à une surface telle qu'un capteur ou une puce électronique, et restez en place malgré l'humidité du corps.

Maintenant, des chercheurs du MIT ont trouvé un moyen de faire adhérer les gels polymères conducteurs aux surfaces humides.

La nouvelle méthode adhésive est décrite dans la revue Avancées scientifiques dans un article du doctorant du MIT Hyunwoo Yuk, ancien chercheur invité Akihisa Inoue, post-doctorant Baoyang Lu, et professeur de génie mécanique Xuanhe Zhao.

La plupart des électrodes utilisées pour les dispositifs biomédicaux sont en platine ou en alliages platine-iridium, Zhao explique. Ce sont de très bons conducteurs électriques qui sont durables à l'intérieur de l'environnement humide du corps, et chimiquement stables afin qu'ils n'interagissent pas avec les tissus environnants. Mais leur rigidité est un inconvénient majeur. Parce qu'ils ne peuvent pas fléchir et s'étirer lorsque le corps bouge, ils peuvent endommager les tissus délicats.

Polymères conducteurs tels que PEDOT:PSS, par contre, peut correspondre de très près à la douceur et à la flexibilité des tissus vulnérables du corps. La partie délicate a été de les amener à rester attachés aux dispositifs biomédicaux auxquels ils sont connectés. Les chercheurs luttent depuis des années pour rendre ces polymères durables dans les environnements humides et toujours en mouvement du corps.

"Il y a eu des milliers d'articles parlant des avantages de ces matériaux, " Yuk dit, mais les entreprises qui fabriquent des dispositifs biomédicaux « ne les utilisent tout simplement pas, " car ils ont besoin de matériaux extrêmement fiables et stables. Une défaillance du matériau pourrait nécessiter une intervention chirurgicale invasive pour le remplacer, qui comporte un risque supplémentaire pour le patient.

Les électrodes métalliques rigides "endommagent parfois les tissus, mais ils fonctionnent bien en termes de fiabilité et de stabilité sur une période de plusieurs années, " ce qui n'était pas le cas des substituts polymères jusqu'à présent, il dit.

La plupart des efforts pour résoudre ce problème ont consisté à apporter des modifications importantes aux matériaux polymères pour améliorer leur durabilité et leur capacité d'adhérence, mais Yuk dit que cela crée ses propres problèmes :les entreprises ont déjà investi massivement dans l'équipement pour fabriquer ces polymères, et des changements majeurs à la formulation nécessiteraient des investissements importants dans de nouveaux équipements de production. Ces changements s'appliqueraient à un marché relativement petit en termes économiques, bien que son impact potentiel soit important. D'autres approches qui ont été essayées sont limitées à des matériaux spécifiques. Au lieu, l'équipe du MIT s'est attachée à faire le moins de changements possible, assurer la compatibilité avec les méthodes de production existantes, et rendre le procédé applicable à une grande variété de matériaux.

Leur méthode implique une couche adhésive extrêmement mince entre l'hydrogel polymère conducteur et le matériau du substrat. Bien que seulement quelques nanomètres d'épaisseur (milliardièmes de mètre), cette couche s'avère efficace pour faire adhérer les gels à n'importe lequel d'une grande variété de matériaux de substrat couramment utilisés, y compris le verre, polyimide, l'oxyde d'étain indium, et de l'or. La couche adhésive pénètre dans le polymère lui-même, produire un dur, structure de protection durable qui maintient le matériau en place même lorsqu'il est exposé pendant de longues périodes à un environnement humide.

La couche adhésive peut être appliquée aux dispositifs par une variété de procédés de fabrication standard, y compris le revêtement par centrifugation, revêtement par pulvérisation, et revêtement par immersion, facilitant l'intégration avec les plates-formes de fabrication existantes. Le revêtement que les chercheurs ont utilisé dans leurs tests est en polyuréthane, un matériau hydrophile (attirant l'eau) qui est facilement disponible et peu coûteux, bien que d'autres polymères similaires puissent également être utilisés. De tels matériaux « deviennent très résistants lorsqu'ils forment des réseaux interpénétrés, " comme ils le font lorsqu'ils sont enduits sur le polymère conducteur, Yuk explique. Cette résistance accrue devrait résoudre les problèmes de durabilité associés au polymère non revêtu, il dit.

Le résultat est un gel mécaniquement solide et conducteur qui se lie étroitement à la surface à laquelle il est fixé. "C'est un processus très simple, " Yuk dit.

Le collage s'avère très résistant à la flexion, torsion, et même pliage du matériau du substrat. Le polymère adhésif a été testé en laboratoire dans des conditions de vieillissement accéléré par ultrasons, mais Yuk dit que pour que l'industrie des dispositifs biomédicaux accepte un tel nouveau matériau, il faudra plus de temps, des tests plus rigoureux pour confirmer la stabilité de ces fibres enrobées dans des conditions réalistes sur de longues périodes de temps.

"Nous serions très heureux d'accorder une licence et de mettre cette technologie sur le marché pour la tester davantage dans des situations réalistes, " dit-il. L'équipe a commencé à discuter avec les fabricants pour voir " comment nous pouvons les aider au mieux à tester ces connaissances, " il dit.

"Je pense que c'est un excellent travail, " dit Zhenan Bao, professeur de génie chimique à l'Université de Stanford, qui n'a pas été associé à cette recherche. « Les adhésifs humides sont déjà un grand défi. Les adhésifs conducteurs qui fonctionnent bien dans des conditions humides sont encore plus rares. Ils sont indispensables pour les interfaces nerveuses et l'enregistrement des signaux électriques du cœur ou du cerveau. »

Bao dit que ce travail "est une avancée majeure dans le domaine de la bioélectronique".