L’électronique biodégradable peut progresser grâce à la capacité de contrôler le taux de dissolution

L’électronique biodégradable permet aux dispositifs médicaux, tels que les systèmes d’administration de médicaments, les stimulateurs cardiaques ou les implants neuronaux, de se dégrader en toute sécurité en matériaux qui sont absorbés par le corps une fois qu’ils ne sont plus nécessaires. Mais si les dispositifs solubles dans l’eau se dégradent trop rapidement, ils ne peuvent pas remplir leur fonction.

Aujourd’hui, les chercheurs ont développé la capacité de contrôler le taux de dissolution de ces composants électroniques biodégradables en expérimentant avec des éléments solubles, comme des charges inorganiques et des polymères, qui encapsulent le dispositif.

L’équipe, dirigée par Huanyu « Larry » Cheng, professeur associé James L. Henderson, Jr. Memorial de sciences de l’ingénierie et de mécanique à Penn State, a publié ses conclusions dans Matériaux fonctionnels avancés.

« L’électronique biodégradable permet aux patients de subir une seule intervention chirurgicale au lieu de deux, car ils n’ont pas besoin de subir une deuxième opération pour retirer l’implant une fois qu’il est en place, mais nous avons toujours besoin que l’appareil dure suffisamment longtemps pour atteindre son objectif médical », a déclaré Ankan Dutta, co-premier auteur de l’article, doctorant en sciences de l’ingénieur et mécanique et membre du programme de formation en ingénierie neurale interdisciplinaire à Penn State.

« Dans ce travail, nous avons développé une stratégie d’encapsulation qui permet à un dispositif de rester dans le corps sans se dégrader pendant plus de 40 jours tout en conservant ses propriétés mécaniques, ce qui surpasse les dispositifs précédemment rapportés. »

L’encapsulation d’un dispositif biodégradable à l’aide de charges à base d’oxyde de zinc ou de dioxyde de silicium permet à l’appareil de se décomposer plus lentement et donc de fonctionner plus longtemps, a expliqué Dutta.

Dutta a utilisé un logiciel de modélisation pour déterminer l’impact de l’utilisation de différents matériaux et conceptions sur le début de la dégradation de l’implant électronique dans le corps. Lui et son équipe ont découvert que le revêtement de l’appareil avec des paillettes de dioxyde de silicium était le plus efficace pour contrôler le taux de dégradation.

Grâce à la modélisation, Dutta a également déterminé comment le rapport entre la largeur et l’épaisseur de l’encapsulation, ou rapport hauteur/largeur, jouait un rôle dans la prédiction du début de la dégradation de l’appareil.

“Pour peu de frais, nous pouvons affiner la vitesse à laquelle un appareil se dégradera en fonction du rapport hauteur/largeur, des types de matériaux utilisés et du nombre de charges utilisées”, a déclaré Dutta. “Nous réalisons ce que nous appelons” l’électronique transitoire à la demande “, dans laquelle nous contrôlons passivement la vitesse à laquelle un implant se dégrade à l’intérieur d’un corps en fonction de ses matériaux.”

Des collaborateurs de l’Université de Corée (KU), dirigés par le co-auteur correspondant Suk-Won Hwang, professeur associé à l’École supérieure de science et technologie convergentes de l’Institut KU-Korea pour la science et la technologie (KIST), ont utilisé les simulations de Dutta pour fabriquer un prototype d’implant biodégradable.

“Une approche d’encapsulation biodégradable à haute efficacité peut augmenter considérablement la durée de vie fonctionnelle des appareils électroniques, constitués d’une matrice polymère biodégradable et d’une charge organique biodégradable, pour créer une solution composite dispersée”, a déclaré Hwang.

“La solution composite a été coulée dans un film, permettant une production à grande échelle sans traitements supplémentaires, améliorant ainsi son applicabilité pratique.”

Dans le cadre de recherches antérieures, décrites par Dutta dans un article de synthèse qu’il a co-écrit avec Cheng et publié dans À l’échelle nanométrique En 2023, les chercheurs ont étudié la dégradation active des implants. Dans ce cas, les chercheurs utilisent des systèmes tiers comme les ultrasons ou la technologie lumineuse pour déclencher la dégradation d’un dispositif depuis l’extérieur du corps. Ils ont cependant constaté que cette pratique peut être coûteuse et difficile en milieu clinique.

“Les appareils qui se dégradent passivement sans recourir à des systèmes tiers sont à la fois peu coûteux et plus faciles à utiliser dans un environnement de soins aux patients à l’avenir”, a déclaré Dutta.