Les cathéters sont d'une importance primordiale pour la chirurgie mini-invasive. Ils permettent des interventions telles que le retrait de caillots sanguins, la pose d'implants ou l'administration ciblée de médicaments, et se veulent particulièrement doux pour les patients. En général, moins la procédure de cathéter est invasive, plus le risque de complications médicales est faible et plus le temps de récupération est court.

Cependant, il y a des limites. Par exemple, les capteurs et actionneurs développés précédemment étaient encore intégrés à la main dans des cathéters électroniques. De plus, le contrôle et le placement des cathéters dans le corps sont limités, car les minuscules instruments doivent être manoeuvrés de l'extérieur par le chirurgien dans un environnement complexe ou placés avec une assistance robotique. Ceci présente des inconvénients importants pour la miniaturisation et l'utilisation de structures souples devant s'adapter au corps pour une utilisation particulièrement douce en chirurgie. Il a également été difficile d'intégrer des capteurs et des fonctions supplémentaires dans les micro-cathéters, ce qui entrave leurs applications potentielles.

Sous la direction du Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, responsable de la chaire de systèmes de matériaux pour la nanoélectronique, nommé directeur scientifique du Centre pour les matériaux, les architectures et l'intégration des nanomembranes (MAIN) à l'Université de technologie de Chemnitz et ancien directeur du Leibniz Institute for Solid State and Materials Research (IFW Dresden), les scientifiques de l'IFW Dresden, en coopération avec l'Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (CBG), ont présenté le plus petit microcathéter microélectronique flexible au monde.

Des fonctions intelligentes aussi fines qu'un cheveu :un nouveau type d'outil biomédical

Dans cet outil microélectronique intelligent pour la chirurgie mini-invasive, les composants électroniques pour les capteurs et les actionneurs sont déjà intégrés dans la paroi du cathéter dès le départ. "En raison de la méthode de fabrication spéciale, les composants électroniques intégrés n'ont aucun effet sur la taille de nos cathéters, qui peuvent ainsi être aussi fins qu'un cheveu", explique Boris Rivkin, auteur principal de l'étude, qui poursuit ses études doctorales. à l'Université de technologie de Chemnitz et sa thèse à Leibniz IFW Dresden. Les instruments ont un petit diamètre de seulement 0,1 mm et se caractérisent également par leur flexibilité, leur résilience et leur biocompatibilité élevée. "L'utilisation des technologies des micropuces pour fabriquer les microcathéters nous permet de générer des types complètement nouveaux d'outils biomédicaux et multifonctionnels", ajoute le professeur Schmidt. Ces outils intelligents pourraient être utilisés, par exemple, dans les traitements mini-invasifs des anévrismes, des malformations vasculaires ou de la chirurgie pancréatique.

L'équipe de recherche rend compte du plus petit cathéter microélectronique au monde dans une publication intitulée "Electronically integrated microcatheters based on self-assembling polymer films" dans le numéro actuel de la revue Science Advances .

Flexible et équipé pour diverses applications :nouvelles applications pour la chirurgie mini-invasive

Le professeur Schmidt et son équipe ont intégré des capteurs magnétiques pour la navigation et le positionnement dans le micro-cathéter. Comme une boussole, ce suivi repose sur des champs magnétiques faibles au lieu de rayonnements nocifs ou d'agents de contraste, et serait donc applicable dans les tissus profonds et sous des matériaux denses tels que les os du crâne.

Le microcathéter microélectronique intègre un canal pour les fluides. Grâce à ce système microfluidique, des médicaments ou des agents emboliques liquides pourraient être livrés directement au point d'utilisation. La pointe du cathéter est équipée d'un minuscule instrument de préhension qui permet au cathéter de saisir et de déplacer des objets microscopiques. Le retrait d'échantillons de tissus minuscules ou de caillots sanguins est suggéré comme applications potentielles. Cette utilisation très flexible de la microélectronique embarquée est rendue possible par des composants électroniques intégrés basés sur la technologie Swiss-Roll Origami. Grâce à cette technologie, l'équipe peut construire des circuits de capteurs et d'actionneurs microélectroniques très complexes sur une puce, qui sont ensuite déclenchés pour s'enrouler d'eux-mêmes dans une structure de microtubes Swiss-Roll. Les multiples enroulements de l'architecture Swiss-Roll augmentent considérablement la surface utilisable et intègrent de manière monolithique les capteurs, les actionneurs et la microélectronique dans la paroi compacte du microcathéter tubulaire.

Le professeur Schmidt et son équipe sont les pionniers de cette technologie depuis un certain temps. Des films polymères extrêmement minces et façonnables se sont avérés utiles pour une architecture de microtube qui peut s'adapter géométriquement à d'autres objets, par exemple, des implants de manchette en tant qu'interfaces bioneurales. Un autre scénario d'application ciblé par cette technologie sont les micromoteurs catalytiques et les plateformes de composants électroniques pour créer des robots nageurs microélectroniques.

Le microcathéter microélectronique comble le fossé entre les instruments améliorés électroniquement et les exigences de taille des interventions vasculaires dans les anatomies submillimétriques. À l'avenir, des fonctions de capteur supplémentaires pourront être intégrées, élargissant ainsi la gamme d'applications potentielles. Par exemple, des capteurs pour l'analyse des gaz sanguins, la détection de biomolécules et la détection de paramètres physiologiques tels que le pH, la température et la pression artérielle sont concevables. Des applications entièrement nouvelles et flexibles pour la chirurgie mini-invasive entrent dans le domaine des possibilités. + Explorer plus loin

La microélectronique adaptative se remodèle indépendamment et détecte l'environnement pour la première fois