Réseaux de microélectrodes imprimés sur de la gélatine et d’autres matériaux mous
D’une part, les scientifiques autour du professeur Bernhard Wolfrum n’ont pas imprimé une image ou un lettrage, mais un réseau de microélectrodes. Ces composants se composent d’un grand nombre d’électrodes et peuvent mesurer les variations dans la tension électrique dans les cellules. Ces variations se produisent, par exemple, au cours de l’activité des cellules nerveuses ou musculaires.
D’un autre côté, ces « bébés en gelée » ont une propriété particulièrement importante pour l’utilisation des réseaux de micro-électrodes sur les cellules vivantes: ils sont mous. Les réseaux de microélectrodes existent depuis longtemps. Dans leur forme originale, ils sont faits de matériaux durs tels que le silicium. Au contact des cellules vivantes, cela entraîne divers inconvénients. C’est pourquoi la forme et la fusion des cellules changent en laboratoire. Ils peuvent provoquer une inflammation dans le corps et altérer le fonctionnement des organes.
Ces problèmes peuvent être évités avec des réseaux d’électrodes implantés sur des matériaux mous. En conséquence, une recherche intensive est menée sur eux. Jusqu’à présent, les méthodes traditionnelles ont été principalement utilisées, qui sont relativement longues et dépendent de laboratoires spéciaux coûteux. « Au lieu de cela, si vous imprimez les électrodes, vous pouvez produire un prototype de manière relativement rapide et peu coûteuse et le réviser tout aussi facilement», explique Bernhard Wolfrum, professeur de neuroélectronique chez TUM. « Un tel prototypage rapide permet des méthodes de travail complètement nouvelles. »
Wolfrum et son équipe utilisent une version high-tech d’imprimante à jet d’encre. Les électrodes sont imprimées avec un liquide carboné. Pour empêcher les capteurs d’enregistrer des signaux indésirables, une couche de protection neutre est appliquée sur les pistes de carbone.
Les chercheurs ont testé la méthode sur divers matériaux, y compris le PDMS de silicone souple (polydiméthylsiloxane), la substance agar, qui est fréquemment utilisée dans des expériences biologiques, et enfin la gélatine, y compris sous la forme d’un ours en gel fondu et re-solidifié. Chacune de ces substances possède des propriétés particulièrement adaptées à certaines applications. Par exemple, les implants revêtus de gélatine peuvent réduire les réactions indésirables dans les tissus.
L’équipe a pu prouver que les capteurs fournissent des valeurs fiables grâce à des expériences sur des cultures cellulaires. Avec une largeur moyenne de 30 micromètres, ils permettent également des mesures sur des cellules individuelles ou peu nombreuses, ce qui est difficile à obtenir avec des méthodes d’impression établies.
«Les défis consistent à affiner le réglage de tous les composants, à la fois les paramètres techniques de l’imprimante et la composition de l’encre», explique Nouran Adly, le premier auteur de l’étude. « Dans le cas du PDMS, par exemple, nous avons dû recourir à un prétraitement développé en interne afin que l’encre puisse adhèrer à la surface.
Des réseaux de micro-électrodes souples imprimés pourraient être utilisés dans divers secteurs. Ils ne sont pas seulement adaptés à une approche de prototypage rapide dans la recherche, mais pourraient également changer le traitement des patients. «À l’avenir, des structures molles semblables pourraient, par exemple, surveiller la fonction nerveuse ou cardiaque dans le corps ou même servir de stimulateur cardiaque», explique Wolfrum. Lui et son équipe travaillent actuellement à l’impression de matrices de micro-électrodes tridimensionnelles plus complexes. Deuxièmement, ils étudient des capteurs imprimables qui ne réagissent pas aux fluctuations de tension mais sélectivement à des substances chimiques.
Le rapport a d’abord été publié dans le magazine Nature (en ligne). Vous pouvez le trouver ici.
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