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Vers l’autonomie énergétique des dispositifs médicaux implantables - Par : Hanen Hattab,

Vers l’autonomie énergétique des dispositifs médicaux implantables


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Des chercheurs de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et de l’Université du Connecticut ont conçu un dispositif qui pourrait rendre les stimulateurs cardiaques et autres instruments plus sûrs et plus durables. Il s’agit d’un nouveau système de stockage d’énergie qu’ils ont baptisé le supercondensateur biologique. Le système utilise des particules chargées, ou des ions, libérés par les fluides qui circulent à l’intérieur du corps humain. Ce dispositif, compatible avec les systèmes biologiques du corps, permettra de fabriquer des stimulateurs cardiaques et d’autres appareils médicaux implantables, autonomes et durables.

L’équipe de l’UCLA est dirigée par Richard Kaner, un professeur de chimie, de biochimie, de sciences et d’ingénierie des matériaux, et les chercheurs du Connecticut sont dirigés par James Rusling, professeur de chimie et de biologie cellulaire. Leur étude intitulée « Ultrathin Graphene–Protein Supercapacitors for Miniaturized Bioelectronics » a été publiée dans la revue Advanced Energy Materials le 9 mai 2017. Elle a été écrite par Islam M. Mosa, Ajith Pattammattel, Karteek Kadimissetty, Paritosh Pande, Maher F. El Kady, Gregory W. Bishop, Mark Novak, Kaner, Ashis K. Basu, Shalla V. Kumar et Rusling.

Concept et objectifs

Le stimulateur cardiaque, appelé aussi pile, est un appareil qu’on implante dans le corps afin de fournir des impulsions électriques destinées à réguler le rythme anormal du cœur. Il stimule les muscles cardiaques, permettant par exemple d’accélérer la pulsation du cœur lorsqu’il est trop lent. Les stimulateurs cardiaques sont alimentés par des piles classiques, qui finissent par s’épuiser et doivent de fait être remplacées. Il faut, dans ce cas, opérer le patient pour remplacer les piles. En plus des risques de complications infectieuses liés à l’opération chirurgicale, les piles contiennent des matières toxiques qui pourraient mettre en danger le patient en se propageant dans son organisme.

Des stimulateurs cardiaques fonctionnant à partir de fluides biologiques

 

Cette équipe a créé une solution qui permettra aux stimulateurs cardiaques de fonctionner sans piles. L’appareil s’alimente en énergie en utilisant une technologie qui fonctionne à partir des fluides biologiques, comme le sérum sanguin et l’urine. Grâce à un composant appelé récolteur d’énergie, cette technologie convertit la chaleur et le mouvement du corps humain en électricité, de la même manière que les montres à remontage automatique qui sont alimentées par les mouvements corporels des utilisateurs.

« Le récolteur d’énergie peut fournir au stimulateur cardiaque une énergie sans fin, ainsi qu’à  n’importe quel autre dispositif implantable qui ne devrait jamais être remplacé », a précisé El-Kady, un chercheur postdoctoral à l’UCLA et coauteur de l’étude.

Les stimulateurs cardiaques les plus récents ont généralement de 6 à 8 millimètres d’épaisseur et le même diamètre qu’une pièce de 50 cents des États-Unis. Approximativement, la moitié de ce volume est habituellement occupé par la pile. Étant dépourvu de pile, le nouveau stimulateur cardiaque n’a que 1 micromètre d’épaisseur – beaucoup plus petit que l’épaisseur d’un cheveu humain. Il peut maintenir ses performances pendant longtemps, se tordre à l’intérieur du corps sans dommage mécanique et stocker plus d’énergie que les piles à énergie lithium-lithium de taille comparable, qui sont actuellement utilisées dans les stimulateurs cardiaques.

Réalisation et perspectives

Pour être plus efficients, les stimulateurs cardiaques sans piles doivent comporter un récolteur d’énergie capable de capter, de stocker et de transporter l’énergie. Or les technologies existantes sur le marché ne sont pas assez rapides et puissantes pour faire fonctionner les stimulateurs. Cette étude consiste à concevoir un récolteur d’énergie compatible avec le corps humain et capable de charger efficacement le stimulateur.

Le concept réalisé par cette équipe comprend un nanomatériau multicouche utilisé en tant qu’électrode et un conducteur à travers lequel l’électricité provenant du récolteur d’énergie peut passer.

L’étude présente une approche qui permet de fabriquer des condensateurs bioélectrochimiques à base de protéines compatibles, utilisant de nouvelles hétérostructures nanocomposites dans lesquelles les feuilles d’oxyde de graphène bidimensionnel sont intercalées entre des protéines de mammifères chimiquement modifiées. Des fluides biologiques ont servi comme électrolytes. Dans le cadre d’une expérience, ce nanocomposite réduit d’oxyde de graphène modifié par protéine n’a présenté aucune toxicité pour les fibroblastes d’embryon de souris.

« Cette technologie peut également être utilisée pour développer une nouvelle génération de dispositifs implantables capables d’accélérer la croissance osseuse, de favoriser la guérison ou de stimuler le cerveau », a déclaré Kaner, qui est également membre de l’Institut NanoSystems de Californie de l’UCLA.

Cette étude a été financée par le National Institute of Health’s National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, le NIH’s National Institute of Environmental Health Sciences, et la National Science Foundation EAGER grant.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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