Des chercheurs conçoivent un transistor qui peut adhérer aux organes internes comme du ruban adhésif

Coller un capteur implantable à la surface d’un cœur battant nécessite généralement une suture autour de la périphérie du capteur ou de grandes quantités d’adhésif en couches entre le capteur et le cœur. Dans les deux cas, un tel capteur a rarement un contact étroit et ininterrompu avec le tissu cardiaque, ce qui limite les données que les cliniciens peuvent collecter sur la fonction cardiaque d’un patient.

Pour résoudre ce problème, des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago ont conçu un nouveau semi-conducteur adhésif qui peut adhérer étroitement aux surfaces humides et pliables des tissus vivants, y compris le cœur. Le semi-conducteur, décrit dans la revue Sciencepermet des propriétés adhésives tissulaires pour les biocapteurs à base de transistors.

“C’est le premier semi-conducteur et transistor qui a la bioadhésion comme propriété intrinsèque – vous n’avez pas besoin de points de suture, d’agrafes ou de colle invasifs pour les organes pour le coller sur un tissu”, a déclaré Sihong Wang, professeur adjoint à Pritzker Molecular Engineering, qui mené la recherche. “Cela va ouvrir toutes sortes de nouvelles possibilités de biodétection.” Wang est également titulaire d’une nomination conjointe au Laboratoire national d’Argonne.

Le laboratoire de Wang au PME se concentre sur le développement de nouveaux matériaux pour étayer une suite complète d’appareils qui s’interfacent avec le corps humain pour la surveillance de la santé. Certaines de leurs recherches antérieures ont conduit à des puces informatiques extensibles et flexibles capables d’analyser des données de santé, ainsi qu’à des écrans extensibles à intégrer dans des appareils électroniques portables.

Mais Wang pensait que davantage de travail était nécessaire pour révolutionner les biocapteurs qui effectuent la première étape de ce flux de travail : collecter des informations à partir des organes internes pour les envoyer aux puces et aux écrans.

Les biocapteurs développés précédemment, a-t-il dit, n’étaient pas très bons pour adhérer étroitement aux organes vivants. Cela signifiait que les données qu’ils fournissaient étaient incohérentes ou inégales.

“Une étape clé pour obtenir des informations de n’importe où à l’intérieur du corps humain consiste à transduire le signal d’un tissu à un appareil, et plus votre appareil peut se conformer et adhérer à une surface tissulaire, plus la transduction du signal sera efficace”, a expliqué Nan Li, un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Wang, qui est le premier auteur de ce travail.

En plus de bouger constamment et d’avoir la capacité de grossir ou de rétrécir, la plupart des organes humains sont constamment humides.

“Tout le monde sait de sa propre expérience de vie que si vous essayez de coller un morceau de ruban adhésif sur une surface sèche, il peut adhérer fortement”, a déclaré Wang. “Mais essayez de coller le même ruban adhésif sur une surface humide et cela devient beaucoup plus difficile.”

Le groupe de Wang a surmonté ces défis en développant un nouveau polymère qui absorbe le liquide à la surface d’un tissu humide et adhère ensuite à sa surface. Ils ont combiné le polymère avec le type de semi-conducteurs extensibles et flexibles qu’ils avaient conçus dans le passé. Le capteur résultant est un « double réseau » des deux matériaux : un bioadhésif et un semi-conducteur. Les chercheurs ont conçu le nouveau matériau de manière à ce que les propriétés de l’un ou l’autre des matériaux, lorsqu’ils sont combinés, diminuent.

Pour tester l’utilité du nouveau polymère adhésif, Wang et ses collègues ont utilisé le matériau pour créer des dispositifs capables de collecter des données sur l’activité électrique des cœurs.

“Les appareils pourraient être attachés à n’importe quel endroit de la surface du cœur en moins d’une minute de pression très douce”, a déclaré Wang.

Les appareils, ont-ils montré, collaient à une zone du cœur sans dériver et recueillaient des données plus fiables et de meilleure qualité que les appareils agrafés ou collés au cœur. Pour les chercheurs qui souhaitent cartographier des données sur de nombreuses zones d’un organe comme le cœur, une telle adhérence tissulaire stable et intime peut grandement bénéficier de la résolution spatiale d’un enregistrement à long terme.

Mais Wang dit que les utilisations possibles du nouveau matériau bioadhésif vont bien au-delà de l’enregistrement de signaux électrophysiologiques. Le même matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des capteurs adhésifs qui collectent des données à l’intérieur du corps sur les niveaux de molécules immunitaires, d’électrolytes ou de métabolites.

“Cela a un très grand potentiel pour la détection biochimique”, a déclaré Wang. “Il peut ouvrir un large éventail de capteurs implantables qui collectent des données directement à partir des tissus à l’intérieur du corps humain.”

Le groupe de Wang étudie également comment régler plus précisément les propriétés d’adhérence afin que les dispositifs utilisant le nouveau polymère puissent être retirés du corps de manière plus contrôlée. Pour l’enregistrement à long terme des données de santé, ils développent également de nouvelles stratégies de conception de matériaux pour garantir que le système immunitaire du corps humain accepte le matériau et qu’il reste fonctionnel sur une longue période.

Leur objectif global est de réaliser et de maintenir des interfaces tissulaires intimes pendant une durée indéterminée.