Bien que de vrais "cyborgs" - en partie humains, en partie des êtres robotiques - sont de la science-fiction, les chercheurs prennent des mesures pour intégrer l'électronique au corps. De tels dispositifs pourraient surveiller le développement de tumeurs ou remplacer les tissus endommagés. Mais connecter l'électronique directement aux tissus humains dans le corps est un énorme défi. Maintenant, une équipe signale 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 lors de la réunion et de l'exposition virtuelles de l'automne 2020 de l'American Chemical Society (ACS).

"Nous avons eu l'idée de ce projet parce que nous essayions d'interfacer rigide, microélectrodes inorganiques avec le cerveau, mais les cerveaux sont faits d'organique, salé, matériaux vivants, " dit David Martin, Doctorat., qui a dirigé l'étude. "Ça ne fonctionnait pas bien, alors nous avons pensé qu'il devait y avoir un meilleur moyen."

Matériaux microélectroniques traditionnels, comme le silicium, or, acier inoxydable et iridium, causer des cicatrices lors de l'implantation. Pour des applications dans les tissus musculaires ou cérébraux, les signaux électriques doivent circuler pour qu'ils fonctionnent correctement, mais des cicatrices interrompent cette activité. Les chercheurs ont estimé qu'un revêtement pourrait aider.

« Nous avons commencé à étudier des matériaux électroniques organiques comme des polymères conjugués qui étaient utilisés dans des dispositifs non biologiques, " dit Martine, qui est à l'Université du Delaware. "Nous avons trouvé un exemple chimiquement stable qui a été vendu dans le commerce comme revêtement antistatique pour les écrans électroniques." Après essai, 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 aussi ioniquement actifs, " dit Martin. " Les contre-ions leur donnent la charge dont ils ont besoin donc quand 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, mettre différents groupes fonctionnels sur PEDOT. Ajout d'un acide carboxylique, aldéhyde ou maléimide substituant au monomère éthylènedioxythiophène (EDOT) donne aux chercheurs la polyvalence nécessaire pour créer des polymères avec une variété de fonctions.

"Le maléimide est particulièrement puissant car nous pouvons faire des substitutions de chimie clic pour fabriquer des polymères et biopolymères fonctionnalisés, " dit Martin. Mélanger le monomère non substitué avec la version substituée par le maléimide donne un matériau avec de nombreux endroits 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 n'importe quel groupe biofonctionnel qui pourrait vous intéresser, " il dit.

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 agir comme un capteur pour détecter la surexpression du VEGF et donc les premiers stades de la maladie, parmi d'autres applications potentielles.

D'autres polymères fonctionnalisés contiennent des neurotransmetteurs, et ces films pourraient aider à détecter ou à traiter les troubles du cerveau ou du système nerveux. Jusque là, l'équipe a fabriqué un polymère avec de la dopamine, qui joue un rôle dans les conduites addictives, 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.

Finalement, Martin dit, 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 de manière contrôlée à l'intérieur d'un organisme vivant serait fascinante."