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Des batteries biodégradables pour alimenter des dispositifs médicaux intelligents
Les piles fabriquées à partir de pigments trouvés dans l'encre de seiche peuvent conduire à des sources d'alimentation comestibles et solubles pour de nouveaux types de dispositifs médicaux. Chercheurs dirigés par le scientifique des matériaux de l'Université Carnegie Mellon Christophe Paris a démontré la nouvelle batterie. Au lieu du lithium et des électrolytes toxiques qui fonctionnent très bien mais ne sont pas biocompatibles, nous avons choisi des matériaux simples d'origine biologique, explique Bettinger.
Les matériaux de batterie conventionnels ne sont pas sûrs à l'intérieur du corps à moins qu'ils ne soient enfermés dans des étuis de protection volumineux qui doivent éventuellement être retirés chirurgicalement. Les appareils électroniques qui peuvent être avalés ou implantés dans le corps sans causer de dommages pourraient surveiller la cicatrisation des plaies et la progression de la maladie, libérer des médicaments et activer des capteurs et des stimulateurs neuronaux et cardiovasculaires plus sensibles.
Le prototype de batterie sodium-ion des chercheurs de la CMU utilise de la mélanine issue de l'encre de seiche pour l'anode et de l'oxyde de manganèse comme cathode. Tous les matériaux de la batterie se décomposent en composants non toxiques dans le corps.
Le groupe CMU travaille sur de l'électronique comestible qui s'avale comme des pilules. Ces médicaments électroniques pourraient permettre aux médecins d'administrer des médicaments à base de protéines sensibles - qui sont généralement détruits dans l'estomac - par voie orale plutôt que par injection. Cela pourrait rendre les thérapies telles que les médicaments contre l'arthrite qui doivent actuellement être administrés par voie intraveineuse à l'hôpital beaucoup plus faciles à prendre. Les pilules intelligentes, dit Bettinger, pourraient transporter des capteurs et des circuits et libérer des médicaments seulement après avoir traversé l'environnement hostile de l'estomac et atteint l'intestin, où les médicaments seraient absorbés dans le corps. L'électronique comestible pourrait également être utilisée par les athlètes pour surveiller leur température corporelle centrale et d'autres mesures corporelles.
Les batteries à la mélanine n'atteignent pas les performances des batteries lithium-ion, mais elles n'ont pas besoin de le faire pour être utiles, explique Bettinger, qui a été nommé l'un des Examen de la technologie du MIT des 35 innovateurs de moins de 35 ans en 2011 . Les prototypes, décrits dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences , fournissent actuellement suffisamment de puissance pour faire fonctionner des capteurs simples. Bettinger dit qu'ils s'efforcent d'améliorer leur puissance de sortie et leur capacité de stockage en expérimentant différentes formes de mélanine.
Le groupe Bettinger n'est pas le premier à proposer des pilules électroniques. Quelques entreprises, dont Olympus, fabriquent déjà des capsules contenant des appareils photo ; mais ces types de systèmes, qui utilisent des composants électroniques et optiques traditionnels pour imager le système digestif, ne peuvent pas être avalés régulièrement, explique Bettinger.
Une autre compagnie, Proteus Santé numérique de Palo Alto, en Californie, fabrique un système de surveillance de la santé personnelle qui comprend des pilules apposées avec des étiquettes d'identification numérique. Une petite puce qui stocke un numéro d'identification est prise en sandwich entre deux feuilles métalliques qui agissent comme une batterie partielle que le directeur de la technologie de l'entreprise, Mark Zdeblick , appelle une cellule biogalvanique. Lorsque la pilule est avalée, les métaux entrent en contact avec des ions dans l'estomac, activant l'appareil en permettant au courant de circuler entre les feuilles métalliques. La puce module le courant circulant entre les feuilles métalliques pour produire un champ électrique faible qui est détecté par un patch porté par le patient. Cela permet aux personnes et aux professionnels de la santé de surveiller quand ils prennent leurs médicaments.
John Rogers , un scientifique des matériaux qui fabrique de l'électronique biodégradable à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, affirme qu'une plus grande puissance sera nécessaire pour une électronique comestible et implantable plus sophistiquée, et une façon de fournir cela est d'utiliser des batteries pleines comme celle de Bettinger.
Rogers travaille également sur des batteries biodégradables à usage médical. Dans un article qui sera publié dans la revue Matériaux avancés , son équipe décrit des batteries fabriquées à partir de métaux solubles et d'oligo-éléments de magnésium et de molybdène. Les batteries biodégradables, dit Rogers, permettront aux appareils qui entrent dans le corps de surveiller la cicatrisation des plaies, d'administrer le traitement si nécessaire, puis de disparaître naturellement une fois la plaie complètement guérie, éliminant ainsi les tensions inutiles sur le corps.