Capteur implantable biodégradable permettant une surveillance en temps réel des fonctions corporelles

Les capteurs qui surveillent l'état d'un patient pendant et après des procédures médicales peuvent être coûteux, inconfortables et même dangereux. Maintenant, une équipe internationale de chercheurs a conçu un capteur de gaz flexible hautement sensible qui peut être implanté dans le corps — et, après qu'il n'est plus nécessaire, se biodégrader en toute sécurité en matériaux absorbés par le corps.

Dans une étude, des chercheurs de Penn State ont rapporté qu'ils ont conçu un capteur flexible et implantable qui peut surveiller diverses formes 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 soit bénéfique, soit parfois nuisible dans 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 la circulation sanguine, permettant à l'oxygène et aux nutriments de circuler dans le corps. D'un autre côté, l'exposition au dioxyde d'azote de l'environnement est liée à la progression de conditions telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique. L'oxyde nitrique est hautement réactif et peut être transformé en dioxyde d'azote lorsqu'il est exposé à l'oxygène.

L'équipe a ajouté une touche à leur conception de capteur en le fabriquant à partir de matériaux qui ne sont pas seulement implantables, flexibles et étirables, mais aussi biodégradables. Alors que les dispositifs actuels sont utilisés à l'extérieur du corps pour surveiller les niveaux de gaz, Cheng a dit qu'ils sont encombrants 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 avez une opération cardiaque ; le moniteur à l'extérieur du corps pourrait ne pas être suffisant pour détecter le gaz », a dit le Professeur Huanyu « Larry » Cheng. « Il pourrait être beaucoup plus bénéfique de surveiller les niveaux de gaz depuis la surface du cœur, ou depuis des organes internes. Ce capteur de gaz est implantable, et biodégradable, aussi, ce qui est une autre direction de recherche sur laquelle nous travaillons. Si le patient récupère complètement d'une opération chirurgicale, il n'a plus besoin du dispositif, ce qui rend les dispositifs biodégradables utiles. »

Selon les chercheurs, tous les composants sont biodégradables dans l'eau ou dans les fluides corporels mais restent suffisamment fonctionnels pour capturer l'information sur les niveaux de gaz. Dans ce cas, les chercheurs ont fait les conducteurs électriques du dispositif en magnésium, et pour les matériaux fonctionnels, ils ont utilisé le silicium, qui est aussi hautement sensible à l'oxyde nitrique. Le silicium est unique — c'est le bloc de construction de l'électronique moderne, est considéré comme super-stable, et est biodégradable. Il peut se dissoudre d'une manière vraiment lente, 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 le dispositif, mais ils se dissolvent à un rythme assez 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 superordinateur Roar de l'ICDS pour créer les simulations informatiques qui peuvent calculer des changements extrêmement petits causés par de légers changements de forme, ou déformations, du matériau. Ils ont basé leur mesure sur la résistance, qui peut changer en fonction de l'absorption du gaz.

Les chercheurs disent que les travaux futurs pourraient examiner la conception de systèmes intégrés qui pourraient surveiller d'autres fonctions corporelles pour le vieillissement en santé et diverses applications de maladies.