L’intersection de la science et de la médecine a ouvert la voie à des innovations remarquables, améliorant considérablement les soins aux patients et la qualité de vie. Un exemple éminent de cette synergie est l’avènement de dispositifs électroniques conçus pour être implantés dans des zones critiques telles que le cœur et le cerveau. Ces dispositifs sont essentiels pour surveiller et réguler les signaux physiologiques en temps réel, offrant des solutions révolutionnaires pour des conditions complexes comme la maladie de Parkinson. Cependant, le chemin vers leur utilisation semi-permanente après l’implantation a été jonché d’obstacles techniques.
Dans un progrès significatif, une équipe de recherche collaborative, dirigée par le professeur Sung-Min Park des départements d’ingénierie informatique convergente, de génie mécanique, d’électrotechnique et de l’école de bioscience et bio-ingénierie interdisciplinaires de POSTECH, avec Jiho Lee, étudiant en MS/PhD, le professeur Sang-Woo Kim de l’Université Yonsei, et le Dr Young-Jun Kim et l’étudiant en MS/PhD Joon-Ha Hwang de l’Université Sungkyunkwan, a réalisé une percée novatrice dans ce domaine.
Leur travail révolutionnaire implique le développement de matériaux électrostatiques capables de fonctionner avec des ondes ultrasonores extrêmement faibles. Cette innovation annonce une nouvelle ère pour les dispositifs électroniques implantables permanents en biomédecine, comme rapporté dans le prestigieux journal académique international Advanced Materials.
Surmonter les défis techniques pour des solutions durables
Les patients portant des implants électroniques font traditionnellement face à la perspective intimidante de subir des chirurgies périodiques pour le remplacement des batteries. Cette procédure comporte non seulement un risque considérable de complications, mais impose également des contraintes économiques et physiques substantielles aux patients. Pour y remédier, des recherches récentes se sont orientées vers des dispositifs médicaux implantables fonctionnant sans fil. Cependant, trouver une source d’énergie sûre et des matériaux protecteurs robustes a été un défi.
Traditionnellement, le titane (Ti) est utilisé pour sa biocompatibilité et sa durabilité. Mais son incapacité à permettre la pénétration des ondes radio nécessite une antenne supplémentaire pour la transmission d’énergie sans fil, augmentant ainsi la taille du dispositif et l’inconfort du patient. L’équipe de recherche a abordé ce dilemme en optant pour les ultrasons – une méthode validée en termes de sécurité dans diverses applications médicales – plutôt que pour les ondes radio.
L’équipe a innové en utilisant une composition de polymères à haute constante diélectrique (P(VDF-TrFE)) et de titanate de cuivre calcium (CCTO, CaCu3Ti4O12) pour développer un matériau électrostatique sensible aux ultrasons faibles. Ce matériau non seulement génère de l’électricité statique grâce à la friction entre ses couches de matériau, mais possède également une impédance de sortie extrêmement basse, améliorant l’efficacité de la transmission d’électricité.
En utilisant cette technologie, l’équipe a réussi à créer un stimulateur neurologique implantable alimenté par la transmission d’énergie à base d’ultrasons, éliminant ainsi la dépendance aux batteries. Cette réalisation a été confirmée par une validation expérimentale rigoureuse. Dans des essais sur des modèles animaux, le dispositif a fonctionné efficacement aux niveaux d’ultrasons standard pour l’imagerie (500 mW/cm2), assurant un impact minimal sur le corps humain.
En résumé, cette percée technologique présente non seulement une approche plus durable et moins invasive pour les implants médicaux, mais sert également de témoignage au potentiel transformateur de l’intégration de la science et de la médecine. Alors que l’équipe du professeur Sung-Min Park continue de repousser les limites, l’avenir de la technologie médicale s’annonce plus brillant et plus prometteur pour les patients du monde entier.