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Apr 21, 2023

L'ingénieur

Des chercheurs sud-coréens ont développé une technologie à base de graphène

Des chercheurs sud-coréens ont développé des hydrogels conducteurs à base de graphène possédant une injectabilité et une dégradabilité réglable, une avancée censée favoriser la conception et le développement de bioélectrodes implantables avancées.

Les bioélectrodes implantables sont des dispositifs électroniques qui peuvent surveiller ou stimuler l'activité biologique en transmettant des signaux vers et depuis des systèmes biologiques vivants. De tels dispositifs peuvent être fabriqués à l'aide de divers matériaux et techniques, et la sélection du bon matériau pour la performance et la biocompatibilité est cruciale. À ce jour, les bioélectrodes conventionnelles à base de métal sont associées à une incision douloureuse, une inflammation des tissus, une transduction de signal inefficace et une stabilité incontrôlée dans les systèmes biologiques vivants.

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Les hydrogels conducteurs ont gagné du terrain en raison de leur flexibilité, de leur compatibilité et de leur excellente capacité d'interaction, mais l'absence d'injectabilité et de dégradabilité a limité leur commodité d'utilisation et leurs performances dans les systèmes biologiques.

Maintenant, une équipe dirigée par le professeur Jae Young Lee de l'Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST) a développé des hydrogels conducteurs injectables à base de graphène (ICH) qui surmontent ces défis. Les conclusions de l'équipe sont détaillées dans Small.

Dans un communiqué, le professeur Lee a déclaré : « Les électrodes implantables traditionnelles causent fréquemment plusieurs problèmes, tels qu'une grande incision pour l'implantation et une stabilité incontrôlée dans le corps. En revanche, les matériaux d'hydrogel conducteurs permettent une administration et un contrôle peu invasifs de la durée de vie fonctionnelle in vivo de la bioélectrode et sont donc très recherchés."

Pour synthétiser les ICH, les chercheurs ont utilisé de l'oxyde de graphène réduit fonctionnalisé au thiol (F-rGO) comme composant conducteur en raison de sa grande surface et de ses propriétés électriques et mécaniques souhaitables. Ils ont sélectionné le polyéthylène glycol fonctionnalisé par le dimaléimide (PEG-2Mal) et le diacrylate (PEG-2Ac) comme prépolymères pour faciliter le développement d'ICH stables et hydrolysables, respectivement. Ces prépolymères ont ensuite été soumis à des réactions thiol-ène avec du poly(éthylène glycol)-tétrathiol (PEG-4SH) et du F-rGO.

Selon GIST, les ICH fabriqués avec du PEG-2Ac étaient dégradables (DICH), tandis que ceux avec du PEG-2Mal étaient stables (SICH). Les chercheurs ont découvert que les nouvelles ICH surpassaient celles existantes en se liant bien aux tissus et en enregistrant les signaux les plus élevés. Dans des conditions in vitro, le SICH ne s'est pas dégradé pendant un mois, tandis que le DICH a montré une dégradation progressive à partir du troisième jour.

Une fois implanté sur la peau de la souris, le DICH a disparu après trois jours d'administration, tandis que le SICH a conservé sa forme jusqu'à sept jours. En plus d'une dégradabilité contrôlée, les deux ICH étaient compatibles avec la peau.

En outre, l'équipe a évalué la capacité des ICH à enregistrer des signaux d'électromyographie in vivo dans les muscles et la peau du rat. SICH et DICH auraient enregistré des signaux de haute qualité et surpassé les performances des électrodes métalliques traditionnelles.

Les enregistrements SICH pouvaient être surveillés jusqu'à trois semaines, alors que les signaux DICH étaient complètement perdus après cinq jours. Ces résultats suggèrent l'applicabilité des électrodes SICH pour la surveillance à long terme du signal et celle du DICH pour une utilisation temporaire ne nécessitant aucune ablation chirurgicale.

"Les nouvelles électrodes ICH à base de graphène que nous avons développées intègrent des caractéristiques telles qu'une sensibilité élevée au signal, une simplicité d'utilisation, une invasivité minimale et une dégradabilité réglable", a déclaré le professeur Lee. "Ensemble, ces propriétés peuvent aider au développement de la bioélectronique avancée et des bioélectrodes implantables fonctionnelles pour une variété de conditions médicales, telles que les maladies neuromusculaires et les troubles neurologiques."