Un capteur implantable pourrait mesurer les fonctions corporelles, puis se biodégrader en toute sécurité

Les capteurs qui surveillent l'état d'un patient pendant et après une intervention médicale peuvent être coûteux, inconfortables et même dangereux. Aujourd'hui, une équipe internationale de chercheurs a conçu un capteur de gaz flexible très sensible qui peut être implanté dans le corps et, une fois qu'il n'est plus nécessaire, se biodégrade en toute sécurité en matériaux qui sont absorbés par le corps.

Dans une étude, des chercheurs de Penn State ont rapporté avoir conçu un capteur flexible et implantable capable de surveiller diverses formes de gaz d'oxyde nitrique (NO) et de dioxyde d'azote (NO2) dans le corps. La surveillance de ces types de gaz est importante car ils peuvent jouer un rôle bénéfique ou parfois nocif pour la santé humaine.

L'oxyde nitrique, par exemple, qui est produit naturellement dans le corps humain, joue un rôle important dans la santé car il détend ou élargit les vaisseaux sanguins pour améliorer le flux sanguin, permettant à l'oxygène et aux nutriments de circuler dans le corps. D'autre part, l'exposition au dioxyde d'azote de l'environnement est liée à la progression d'affections telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique. L'oxyde nitrique est très réactif et peut se transformer en dioxyde d'azote lorsqu'il est exposé à l'oxygène.

L'équipe a ajouté une touche à la conception de leur capteur en le fabriquant à partir de matériaux non seulement implantables, flexibles et extensibles, mais également biodégradables. Alors que les dispositifs actuels sont utilisés à l'extérieur du corps pour surveiller les niveaux de gaz, Cheng a déclaré qu'ils sont volumineux et potentiellement pas aussi précis qu'un dispositif implantable. Les dispositifs implantables, cependant, doivent être retirés, ce qui pourrait signifier une autre opération. Les chercheurs ont étudié une conception qui n'a pas besoin d'être retirée.

« Disons que vous subissez une opération de chirurgie cardiaque; le moniteur à l'extérieur du corps pourrait ne pas être suffisant pour détecter le gaz », a déclaré le professeur Huanyu « Larry » Cheng. «Il pourrait être beaucoup plus avantageux de surveiller les niveaux de gaz à partir de la surface du cœur ou des organes internes. Ce capteur de gaz est implantable et biodégradable, ce qui est une autre direction de recherche sur laquelle nous avons travaillé. Si le patient se remet complètement d'une opération chirurgicale, il n'a plus besoin de l'appareil, ce qui rend les appareils biodégradables utiles."

Selon les chercheurs, tous les composants sont biodégradables dans l'eau ou dans les fluides corporels mais restent suffisamment fonctionnels pour capter l'information sur les niveaux de gaz. Dans ce cas, les chercheurs ont fabriqué les conducteurs électriques de l'appareil en magnésium, et pour les matériaux fonctionnels, ils ont utilisé du silicium, qui est également très sensible à l'oxyde nitrique. Le silicium est unique - c'est la pierre angulaire de l'électronique moderne, il est considéré comme super stable et biodégradable. Il peut se dissoudre très lentement, à environ un à deux nanomètres par jour, selon l'environnement. Non seulement le corps peut absorber en toute sécurité tous les matériaux utilisés dans l'appareil, mais ils se dissolvent à un rythme suffisamment lent pour permettre aux capteurs de fonctionner dans le corps pendant la période de récupération du patient.

Le capteur a été testé dans des conditions humides et des solutions aqueuses pour montrer qu'il pouvait fonctionner de manière stable dans les conditions difficiles du corps. L'équipe a utilisé les ressources informatiques du supercalculateur Roar d'ICDS pour créer des simulations informatiques capables de calculer des changements extrêmement petits causés par de légers changements de forme ou des déformations du matériau. Ils ont basé leur mesure sur la résistance, qui peut changer en fonction de l'absorption de gaz.

Les chercheurs affirment que les travaux futurs pourraient porter sur la conception de systèmes intégrés capables de surveiller d'autres fonctions corporelles pour un vieillissement en bonne santé et diverses applications de maladies.