Un des obstacles au développement des systèmes électroniques médicaux implantables humains est le problème d’adaptabilité au corps humain lui-même. La plupart des matériaux semiconducteurs à la base de l’électronique sont raides et cassants alors que les tissus humains sont mous et étirables. Avec des films fins de nanotubes de carbone, des scientifiques de l’université de Californie à Los Angeles (UCLA) ont fait une avancée dans de l’électronique implantable plus adaptée au corps humain.
Les applications médicales de l’électronique directement implantée dans le corps humain sont variées : on peut contrôler différentes fonctions du corps humain, comme la pression sanguine, la température, les flux de différents liquides ; ils peuvent aussi servir de capteurs chimiques, électriques, et même mettre en évidence les propriétés magnétiques à l’intérieur du corps humain. Dans certains cas les appareils requièrent non seulement une certaine flexibilité mais aussi une bonne élasticité pour pouvoir s’adapter plus facilement et respecter le confort du patient. Pour le moment, la meilleure technologie utilisée pour faire des systèmes électroniques médicaux ne permet pas une contrainte d’étirement qui dépasse les 100%, c’est-à-dire un étirement du double de la taille d’origine [1].
Le groupe de chercheurs de UCLA, dirigé par Qibing Pei du département de Material Science and Engineering a étudié les propriétés électriques et optiques de très fins films nanotubes soumis à de très fortes contraintes d’étirement. Les nanotubes, dont les propriétés d’élasticité sont bien connues (ils ont un module d’élasticité supérieur à 1Tera Pascal) [2], conservent leur conductivité jusqu’à atteindre une contrainte d’étirement de 700% (c’est-à-dire que le nanotube est étiré jusqu’à huit fois sa taille), seuil à partir duquel les fissures commencent à se former et réduisent la conductivité. Quant aux dangers du matériau pour le corps humain, différentes études sont en cours, et l’utilisation de nanotubes pour des implants électroniques ne se fera évidemment que lorsque leur non toxicité sera prouvée.
Pour concevoir ces films très fins, l’équipe de UCLA a simplement déposé les nanotubes sur des substrats élastiques par la méthode de spray coating. Ils ont étiré les films progressivement, soumis à des contraintes à la fois uniformes (c’est-à-dire que les contraintes appliquées sont égales entre les deux extrémités du film) et non uniformes. Ils ont appliqué un voltage le long du film étiré, mesurant les changements de la réponse électrique. En utilisant un microscope à balayage électronique, le groupe a observé et étudié les changements structurels qui apparaissent pendant l’étirement, et comment ces changements affectent les propriétés électriques et optiques. Les nanotubes apparaissent à première vue uniformément distribués mais en réalité ils forment des agglomérats, qui ne disparaissent pas avec la contrainte d’étirement ; au contraire, ils deviennent de plus en plus denses. Ainsi, les connexions restent intactes. En ce qui concerne les propriétés optiques, la transparence des films de nanotubes est conservée mais les chercheurs observent un effet de flou qui apparaît dans les films lorsqu’on les étire. D’après les chercheurs, ceci est dû à la dispersion des nanotubes, qui absorbent et diffusent la lumière.
Les chercheurs espèrent que ces résultats permettront une utilisation plus importante de l’électronique médicale implantée si elle ne présente pas de dangers dus à l’utilisation de nanotubes, mais il est d’ores et déjà certain qu’ils constituent une avancée permettant de nombreuses applications.
Source :
– "Stretchable Nanotube Films May Advance Medical Electronics" 4 Mai 2009 – https://pda.physorg.com/films-applied-letters_news160652779.html
– Accès à la publication sur APL : "Highly stretchable, conductive, and transparent nanotube thin films", https://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=APPLAB000094000016161108000001&idtype=cvips&gifs=yes
Pour en savoir plus, contacts :
– [1] "Elastic interconnects stretch flexible circuit possibilities" – https://www2.electronicproducts.com/Elastic_interconnects_stretch_flexible_circuit_possibilities-article-olrr01_aug2007-html.aspx
– Projets d’électronique élastique SWEET et STELLA : https://www.stella-project.de/
– https://tfcg.elis.ugent.be/projects/sweet/index.html
– [2] Propriétés des nanotubes : https://www.onera.fr/conferences/nanotubes/trans33.htm
Code brève
ADIT : 59087
Rédacteur :
Alban de Lassus, [email protected]
