Cette petite puce contient une électrode 2D avec une forme qui peut mieux stimuler les petites cibles dans le corps au fil du temps. Crédit :Image de l'Université Purdue/Kayla Wiles
Une forme en croix aide les électrodes des dispositifs de neurostimulation implantables à fournir plus de charge à des zones spécifiques du système nerveux, prolonger éventuellement la durée de vie de l'appareil, selon une étude publiée en mars dans Rapports scientifiques .
La forme, appelé "fractale, " serait particulièrement utile pour stimuler des zones plus petites, comme les structures cérébrales profondes ou la rétine, car il maximise le périmètre dans une surface plus petite - fournissant la résolution plus élevée nécessaire pour restaurer les fonctions corporelles et permettant potentiellement aux appareils de neurostimulation de durer plus longtemps dans le corps sans recharge.
"Il y a des défis avec la réduction de la taille de ces électrodes, " dit Hyowon " Hugh " Lee, professeur assistant en génie biomédical. "Si vous les rétrécissez trop petit, alors vous ne pouvez pas injecter assez d'énergie pour pouvoir activer le substrat sous-jacent."
L'industrie produit actuellement des électrodes circulaires ou rectangulaires pour les dispositifs de neurostimulation. "Il n'y a vraiment aucune raison de maintenir ces formes autres que le fait que cela facilite les techniques de fabrication conventionnelles, " Lee a déclaré. "Mais la microfabrication permet un traitement par lots ou même une fabrication roll-to-roll plus évolutive, dans lequel nous avons la liberté de conception pour créer n'importe quel type de conception d'électrode avec une haute résolution pour améliorer leur fonctionnalité."
La forme de l'électrode fractale, vu sous un microscope, surpasse les formes d'électrodes circulaires ou rectangulaires conventionnelles. Crédit :Image de l'Université Purdue/Kayla Wiles
Le laboratoire de Lee a expérimenté d'autres formes qui pourraient mieux injecter la charge avec des limitations de taille d'électrode. La forme fractale a surpassé les formes conventionnelles et la "serpentine, " ou en forme de serpent, même s'il a un rapport périmètre / surface similaire à celui de la fractale. Cela pourrait être dû au fait que les motifs répétitifs de la conception fractale facilitent mieux la diffusion continue des espèces à transfert de charge, ou réactifs, à la surface de l'électrode de platine.
"Quand vous avez beaucoup plus de diffusion d'espèces à la surface, il permet un transfert de charge faradique plus rapide depuis la surface de l'électrode, " a déclaré Lee. La charge atteint alors un seuil sur les neurones pour déclencher un potentiel d'action, ou signal électrochimique, pour stimuler une cible.
Parce que les conceptions fractales présentent également une impédance inférieure à celle des électrodes conventionnelles, ils pourraient permettre d'injecter plus de charge sur une surface d'électrode au fil du temps et prolonger la durée de vie des dispositifs de neurostimulation. "Si vous avez moins de charge, ce qui signifie qu'il faut moins d'énergie pour obtenir le même effet, alors la durée de vie fixe de la batterie des dispositifs de stimulation implantables va être améliorée, " dit Lee.
L'étape suivante consiste à tester la robustesse et la longévité des électrodes conçues fractales par rapport aux formes conventionnelles. Le laboratoire de Lee envisage également d'utiliser la conception fractale pour améliorer la sensibilité de dispositifs tels que les biocapteurs. "L'objectif serait un meilleur contrôle de la stimulation sur les zones ciblées et une thérapie plus précise, " dit Lee.
