Réseaux d'électrodes de micro-aiguilles extensibles. Crédit : Groupe de recherche Zhao
Des micro-aiguilles hautement extensibles et personnalisables qui révolutionnent l'interface entre le corps humain et les dispositifs de surveillance invasifs ont été développées grâce à USC recherche. Ils sont prometteurs pour de nombreuses applications dans le domaine du diagnostic et du traitement des soins de santé, notamment les neurosciences, l’ingénierie tissulaire et la bioélectronique portable.
La révolution de la médecine personnalisée est en bonne voie : grâce aux appareils portables et aux tests à domicile, il est plus facile que jamais de tout suivre, de la fréquence cardiaque aux niveaux de glucose en passant par la diversité du microbiome.
Cependant, il reste encore un déficit d'innovation avant de parvenir à une interface transparente entre le corps humain et les dispositifs de surveillance invasifs.
Combler le fossé grâce aux nouvelles technologies
C'est là qu'intervient Hangbo Zhao, chercheur à l'USC, expert en fabrication avancée et en électronique flexible. En tant que professeur adjoint au Département de génie aérospatial et mécanique et au Département de génie biomédical Alfred E. Mann de l'USC, Hangbo a publié une série d'articles sur les capteurs étirables à des fins biomédicales. Son article le plus récent, sélectionné comme article de couverture de la prestigieuse revue Avancées scientifiquesprésente de nouvelles recherches qui permettront directement le développement de micro-aiguilles « douces » et plus flexibles – essentielles pour assurer le confort et la haute qualité précision de suivi de santé à long terme.
La technologie est rendue possible par des réseaux de microélectrodes pénétrantes tridimensionnelles étirables, produits par un nouveau processus de fabrication développé par Zhao et son groupe de recherche.
Illustration schématique du réseau d’électrodes de micro-aiguilles extensible. Crédit : Groupe de recherche Zhao
Révolutionner la technologie des micro-aiguilles
Les électrodes à micro-aiguilles sont largement utilisées pour la détection et la stimulation du cerveau, ainsi que pour le diagnostic des biomarqueurs sous la peau. Cependant, presque toutes les électrodes à micro-aiguilles existantes sont rigides en raison de limitations de matériaux et de fabrication. L'expertise de Zhao en matière de fabrication de pointe lui a donné une nouvelle perspective lorsqu'il s'est agi d'envisager une solution plus flexible.
Les nouvelles électrodes à micro-aiguilles « douces » sont hautement souhaitables dans le cas de tissus musculaires et de tissus cutanés qui se « déforment » ou changent de forme. Les électrodes doivent suivre les déformations des tissus cibles pour assurer un contact intime et minimiser les dommages tissulaires ; Les recherches de Zhao ouvrent la voie aux progrès des micro-aiguilles, capables de détecter toujours plus profondément les tissus et d'obtenir des résultats plus précis. Qu'il s'agisse de surveiller le fonctionnement d'une vessie faible ou de suivre d'infimes fluctuations des battements cardiaques, la nécessité d'une détection haute fidélité est de plus en plus vitale.
Méthodes de fabrication innovantes
Au cœur de l'innovation se trouve le développement d'une méthode de fabrication hybride découverte dans le laboratoire de Zhao à l'USC. La méthode peu coûteuse et évolutive combine le micro-usinage laser, la microfabrication et l’impression par transfert pour créer des réseaux d’électrodes de micro-aiguilles présentant la plus grande élasticité (60 à 90 %) jamais rapportée.
Surtout, la nouvelle méthode de fabrication permet une personnalisation pratique des paramètres clés du dispositif tels que la géométrie des électrodes, les sites d'enregistrement et les propriétés mécaniques et électriques. Comme pour toutes les recherches de Zhao, l'adaptabilité et la précision constituent le principe organisateur : ses perspectives sur l'électronique douce et la robotique éclairent également la méthode de fabrication flexible.
Applications biomédicales et perspectives d'avenir
Une autre caractéristique intéressante de la recherche réside dans ses origines en eaux profondes. La faisabilité des électrodes à micro-aiguilles applicables à l’échelle mondiale a été démontrée à l’origine en enregistrant les activités électriques à l’intérieur des muscles en mouvement d’une limace de mer.
Les applications biomédicales mondiales plus larges des résultats étaient immédiatement claires pour Zhao et son équipe de chercheurs. Cette plateforme technologique peut être utilisée pour la détection et le contrôle des activités cérébrales et nerveuses, la détection électrochimique des fluides interstitiels cutanés, le diagnostic des troubles neuromusculaires et l'administration de médicaments dans les tissus profonds.
Pour ceux qui se sentent mal à l’aise à l’idée des micro-aiguilles, la prochaine phase de micro-aiguilles « douces » hautement extensibles pourrait bien être la réponse. Dans la quête d'un suivi toujours plus précis pour détecter les anomalies et identifier un traitement rapide, les recherches de Zhao constituent une étape importante pour les professionnels de la santé, les entreprises de biotechnologie et tous ceux qui cherchent à vivre plus longtemps et en meilleure santé.
