Klas Tybrandt, chercheur principal au Laboratoire d'électronique organique de l'Université de Linköping, a développé une nouvelle technologie pour l'enregistrement neuronal stable à long terme. Il est basé sur un nouveau matériau composite élastique, qui est biocompatible et conserve une conductivité électrique élevée même lorsqu'il est étiré pour doubler sa longueur d'origine.

Le résultat a été obtenu en collaboration avec des collègues de Zürich et de New York. La découverte, qui est crucial pour de nombreuses applications en génie biomédical, est décrit dans un article publié dans la prestigieuse revue scientifique Matériaux avancés .

Le couplage entre les composants électroniques et les cellules nerveuses est crucial non seulement pour collecter des informations sur la signalisation cellulaire, mais aussi pour diagnostiquer et traiter les troubles et maladies neurologiques, comme l'épilepsie.

Il est très difficile d'établir des connexions stables à long terme qui n'endommagent pas les neurones ou les tissus, puisque les deux systèmes, les tissus mous et élastiques du corps et les composants électroniques durs et rigides, ont des propriétés mécaniques complètement différentes.

"Comme le tissu humain est élastique et mobile, des dommages et une inflammation surviennent à l'interface avec des composants électroniques rigides. Cela cause non seulement des dommages aux tissus; il atténue également les signaux neuronaux, " dit Klas Tybrandt, leader du groupe Soft Electronics au Laboratoire d'Electronique Organique, Université de Linköping, Campus Norrköping.

Klas Tybrandt a développé un nouveau matériau conducteur aussi doux qu'un tissu humain et pouvant être étiré jusqu'à deux fois sa longueur. Le matériau se compose de nanofils de dioxyde de titane revêtus d'or, noyé dans du caoutchouc de silicone. Le matériau est biocompatible – ce qui signifie qu'il peut être en contact avec le corps sans effets indésirables – et sa conductivité reste stable dans le temps.

« La microfabrication de composites souples électriquement conducteurs implique plusieurs défis. Nous avons développé un procédé de fabrication de petites électrodes qui préserve également la biocompatibilité des matériaux. Le procédé utilise très peu de matière, et cela signifie que nous pouvons travailler avec un matériau relativement cher comme l'or, sans que le coût devienne prohibitif, " dit Klas Tybrandt.

Les électrodes ont une taille de 50 µm et sont situées à une distance de 200 µm les unes des autres. La procédure de fabrication permet de placer 32 électrodes sur une très petite surface. La sonde finale, montré sur la photo, a une largeur de 3,2 mm et une épaisseur de 80 µm.

Les microélectrodes souples ont été développées à l'Université de Linköping et à l'ETH Zürich, et des chercheurs de l'Université de New York et de l'Université de Columbia les ont par la suite implantés dans le cerveau de rats. Les chercheurs ont pu collecter des signaux neuronaux de haute qualité des rats se déplaçant librement pendant 3 mois. Les expériences ont fait l'objet d'un examen éthique, et ont suivi les réglementations strictes qui régissent les expérimentations animales.

« Quand les neurones du cerveau transmettent des signaux, une tension est formée que les électrodes détectent et transmettent à travers un petit amplificateur. Nous pouvons également voir de quelles électrodes proviennent les signaux, ce qui signifie que nous pouvons estimer l'emplacement dans le cerveau d'où proviennent les signaux. Ce type d'informations spatio-temporelles est important pour les applications futures. Nous espérons pouvoir voir, par exemple, où commence le signal qui provoque une crise d'épilepsie, une condition préalable à son traitement. Un autre domaine d'application est celui des interfaces cerveau-machine, par lequel la technologie et les prothèses futures peuvent être contrôlées à l'aide de signaux neuronaux. Il existe également de nombreuses applications intéressantes impliquant le système nerveux périphérique dans le corps et la façon dont il régule divers organes, " dit Klas Tybrandt.