Electronique interne – Combler le fossé avec l’or

Le marché pour dispositifs médicaux implantables connaît une croissance constante, portée par une recrudescence des maladies chroniques et une sensibilisation croissante des consommateurs. Le rythme est habilement soutenu par la technologie progrès, contribuant à rendre ces appareils plus efficaces, plus pratiques et moins coûteux. 

Les chiffres suggèrent que le marché des dispositifs médicaux implantables dans le monde va presque doubler en une décennie, passant de 105.7 milliards de dollars américains en 2023 à 207.0 milliards de dollars américains en 2033. Aujourd'hui, nous commencerons par examiner l'une des innovations les plus déterminantes dans ce domaine ces derniers temps, qui est également symptomatique de l'espace florissant. où la physiologie médicale croise l’électronique efficace. 

Les nanofils d'or et les électrodes souples sont prêts à être connectés au système nerveux 

Une équipe de chercheurs de l'Université de Linköping a créé des nanofils d'or et développé des électrodes souples qui peuvent travail équivalent aux nerfs humains dans leur extensibilité, conduction électrique et durabilité dans le corps. 

Les chercheurs et les experts voient un immense potentiel dans cette innovation. Pour commencer, ça ouvre les frontières où il pourrait être possible d'utiliser de l'or dans les interfaces logicielles pour connecter l'électronique au système nerveux à des fins médicales. 

S'il est déployé correctement, cela peut permettre de soulager des conditions aussi complexes que l'épilepsie, La maladie de Parkinson la maladie, la paralysie et une préoccupation aussi omniprésente que la douleur chronique. 

Depuis un certain temps déjà, les chercheurs du monde entier s'intéressent à la création d'électrodes souples. qui ne pas endommager le tissu. Cette réalisation particulière des chercheurs de l’Université de Linköping a permis d’y parvenir en créant des nanofils d’or. qui étaient mille fois plus fins que les cheveux et intégrés dans un matériau élastique qui pouvait fonctionner comme des microélectrodes douces. 

Klas Tybrandt, tout en développant le caractère unique de la recherche et de ses résultats, avait le suivant à dire:

"Nous avons a réussi à fabriquer un nouveau et meilleur nanomatériau à partir de nanofils d'or en combinaison avec du caoutchouc de silicone très souple. Leur combinaison a permis d'obtenir un conducteur à haute conductivité électrique, très doux et composé de matériaux biocompatibles qui fonctionnent avec le corps.. »

Création de nanofils d'or : défis relevés et surmontés

L’une des principales difficultés auxquelles les chercheurs ont été confrontés concernait la production de nanostructures d’or longues et étroites. Les chercheurs ont trouvé un moyen unique de surmonter ce défi : utiliser des nanofils d’argent. Expliquer comment cet exploit unique pourrait être réalisé, Klas Tybrant a déclaré ce qui suit :

"As il est possible de fabriquer des nanofils d'argent, nous en profitons et utilisons les nanofils d'argent comme une sorte de gabarit sur lequel nous cultivons de l'or. La prochaine étape du processus consiste à retirer l’argent. Une fois c'est fait, nous avons un matériau qui contient plus de 99 pour cent d'or. »

À l’origine, les chercheurs ne pouvaient pas utiliser l’argent car il est chimiquement réactif, s’use avec le temps et risque de se décomposer et de se décolorer. De plus, des concentrations élevées d’argent peuvent être toxiques pour le corps humain. Ils ont donc dû le recouvrir d’or.

En ce qui concerne le matériau qu'ils ont conçu et sa durabilité, les chercheurs pensent que leur solution pourrait durer au moins trois ans, surpassant de nombreux nanomatériaux développés précédemment.

Bientôt, l’équipe de recherche commencera à affiner le matériau et à créer différents types d’électrodes encore plus petites et permettant un contact plus étroit avec les cellules nerveuses.

Le monde diversifié des implants

Même si l'utilité de cette recherche a déjà été évoquée, il y a de nombreux autres implants disponibles dans le domaine des technologies médicales. Ils contribuent à rendre le diagnostic et le traitement plus cohérents, abordables et efficaces. 

Par exemple, des scientifiques de l'Université Georgia Tech ont développé un capteur implantable et portable qui surveille la cicatrisation des anévrismes dans les vaisseaux sanguins du cerveau. Fonctionnant sans pile, il peut être enroulé autour de stents ou de dérivateurs implantés pour réguler le flux sanguin.

Le capteur est créé par impression 3D par jet d'aérosol, qui dépose des traces d'argent conductrices sur des substrats élastomères. Inséré via un cathéter, il utilise le couplage inductif de signaux pour la détection sans fil de l’hémodynamique biomimétique des anévrismes cérébraux.

Le processus implique trois bobines. Une bobine capte l’énergie électromagnétique transmise par une autre bobine à l’extérieur du corps. À mesure que le sang circule dans le stent, le capteur implanté modifie sa capacité, modifiant ainsi le signal transmis à une troisième bobine externe.

Dans un autre exemple d'un travail similaire, un groupe d'ingénieurs de la Texas A&M University a développé un dispositif qui utilise du graphène et injecte du courant alternatif dans la peau pour surveiller la pression artérielle. 

Appelés Graphene Electronic Tattoos, ces capteurs de graphène adhésifs peuvent suivre la santé cardiovasculaire via une surveillance continue. Ils peuvent continuer à travailler et à collecter des données pertinentes même lorsque le patient dort, fait de l'exercice ou éprouve des difficultés. situations très stressantes. 

Des recherches sont également en cours pour déterminer comment ces dispositifs implantables peuvent exploiter et utiliser l'énergie. Par exemple, une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology a développé une batterie qui tire son énergie du glucose. La nouvelle batterie ne mesure que 400 nanomètres d’épaisseur, soit environ 1/100ème du diamètre d’un cheveu humain. Il génère environ 43 microwatts par centimètre carré d'électricité et peut résister températures jusqu'à 600°C. 

Les chercheurs ont utilisé un substrat céramique ultra-fin et une solution de glucose pour donner de la flexibilité à la batterie et la rendre pratique à placer dans le corps. 

Pendant que les chercheurs travaillent à trouver Avec autant de solutions technologiques nouvelles et uniques que possible, certaines entreprises ont travaillé à la mise à disposition de dispositifs implantables efficaces pour une adoption massive. Dans les prochains segments, nous allons regarder dans quelques-unes de ces solutions commerciales. 

# 1. CorTec

UN des entreprises qui ont toujours fourni des solutions révolutionnaires est CorTec. Une entreprise ISO 13485, CorTec développe et fabrique des produits et composants pour la neuromodulation et la technologie des implants actifs dans ses laboratoires internes et ses infrastructures de salles blanches. 

CorTec La gamme brevetée d'électrodes AirRay s'avère utile pour stimulation et enregistrement du tissu nerveux, servant d’interface idéale avec le système nerveux pour les dispositifs médicaux. 

Par exemple, les électrodes à manchette AirRay fournissent une interface électrique avec le système nerveux périphérique, tandis que les électrodes en grille et en bande sont conçues pour s'interfacer avec le système nerveux central. Les électrodes percutanées AirRay sont destinées à un usage sous-cutané, ainsi qu'à l'enregistrement et à la stimulation de la moelle épinière. Enfin, les électrodes à palette AirRay offrent une interface électrique avec le système nerveux central, ciblant spécifiquement la moelle épinière.

En dehors de cette gamme, l'un des CorTec Les solutions brevetées incluent également ses électrodes corticales. Ce sont CorTec Électrodes ECoG pour la neuromonitoring invasive. Grâce à ces électrodes, il est possible d'effectuer la surveillance des signaux électriques cérébraux, ce qui est en adéquation avec les exigences de localisation des foyers épileptogènes ou cartographie cérébrale. Les électrodes peuvent être utilisés pendant un maximum de 29 jours, et il est possible de connecter un total de 64 électrodes en utilisant seulement deux câbles. Les contacts des électrodes sont presque impalpables et se verrouillent en toute sécurité avec le matériau pour empêcher leur séparation du silicone.

L'un des aspects les plus cruciaux de CorTec électrodes corticales est que la FDA l'a jugé apte à être approuvé et autorisé sur le marché pour la neurosurveillance invasive du système nerveux central. La gamme de produits comprend toutes les configurations de contacts possibles, de 1 × 4 à 8 × 8 contacts d'électrode.

Outre un financement public important, CorTec, selon sa déclaration officielle, a levé quatre tours de financement. Sa liste d'investisseurs actuels comprend Mangold Invest, M-Invest, Kfw, High-Tech Gruenderfonds, Santo Venture Capital GmbH, LBBW Venture Capital et K & SW Invest. 

Le financement public comprend des subventions du ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche (Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF) et de l'Union européenne.

# 2. Atrotech

Atrotech est une autre entreprise qui effectue depuis des décennies un travail de niche mais qui change la donne dans ce domaine. Fondée en 1984 et située à Technopolis Hermia, Tampere, Finlande, Atrotech est née de idées de produits interdisciplinaires combinant les technologies médicales et bio-ingénierie sciences, avec un focus principal sur les activités dans le domaine de la stimulation électrique fonctionnelle (FES). 

Deux de Atrotech les principales contributions dans ce domaine comprennent la conception et la fabrication de neurostimulateurs implantables et électrodes implantables. 

En concevant les électrodes, l'entreprise s'appuie sur ses plus de 30 ans d'expertise en fabrication électrodes de contact en platine de haute qualité, fils conducteurs et connecteurs multipolaires. La zone de service à laquelle il s'adresse comprend les projets de recherche, les essais cliniques et les dispositifs médicaux distribués commercialement. 

La compagnie possède de processus de production flexible, lui permettant de fabriquer de petites quantités ainsi que des volumes à plus grande échelle de manière rapide et rentable. De plus, l'entreprise est en contact avec plusieurs médecins et universités dès les premiers stades. du développement et du prototypage of de nouveaux dispositifs médicaux potentiels.

L'une des études l'entreprise a récemment financé visait à évaluer la faisabilité et la sécurité d'une nouvelle approche de neurostimulation temporaire amovible, implantée chirurgicalement et impliquant la partie distale du nerf phrénique. Pour l'étude, l'entreprise a développé un modèle spécialement conçu, électrode temporaire de stimulation du nerf phrénique (tPNS). 

Une telle collaboration entre des entreprises spécialisées et axées sur l'industrie et un groupe de chercheurs et de médecins répartis dans le monde entier fait apparaître l'avenir de l'électronique interne brillant et prêt à prospérer. 

La trajectoire future de l’électronique interne

Selon un récent recherche publiée en juillet 2024 dans la revue »Naturee ', les chercheurs ont développé une électrode implantable basée sur un alliage biorésorbable Mg-Nd-Zn-Zr qui fonctionnerait bien dans une application de soudage de tissus par radiofréquence (RF) de nouvelle génération.

L'électrode devrait pour réduire les dommages thermiques et augmenter la force anastomotique. Conçu avec différentes caractéristiques structurelles de surface cylindrique (CS) et d'anneau long continu (LR) dans la zone de soudage, le les électrodes simulations électrothermiques ont été étudiés par analyse par éléments finis (FEA).

Les résultats ont montré que la température moyenne dans la zone de soudage et la proportion de tissu nécrotique diminuaient considérablement lors de l'application d'un courant alternatif de 110 V pendant 10 secondes à l'électrode LR. Les températures maximales et moyennes des tissus soudés par l'électrode LR pourraient également être considérablement réduites. tandis que la résistance anastomotique des tissus soudés s'est améliorée.

Imec, un laboratoire fondé en 1984 pour aider et permettre à l'industrie des semi-conducteurs d'évoluer fonctionnellement, a également réalisé des percées pionnières dans le domaine des implantables à l'échelle nanométrique. Il a contribué au développement d’implants mini-invasifs adaptés aux prothèses haptiques de nouvelle génération. Le prototype de puce implantable développé par Imec en collaboration avec l'Université de Floride offre aux patients un contrôle plus intuitif sur leurs prothèses de bras. L'un de ses principaux composants, la puce en silicium mince, est le monde premier pour la densité des électrodes et a été développé dans le cadre du projet IMPRESS financé par DARPA de Programme HAPTIX visant à créer un système en boucle fermée pour la technologie des prothèses haptiques de nouvelle génération.

L'une des publications scientifiques sur le importance de la bioélectronique implantable à base de carbone fait une observation cruciale sur l’utilité de l’électronique interne. Pour citer textuellement, la publication observe :

"Parce que la bioélectronique implantable peut détecter des informations corporelles ou provoquer des réactions corporelles chez des créatures vivantes à partir de sites extérieurs au corps, elle devient des remèdes utiles et prometteurs pour une variété de maladies.. »

A l'avenir, les matériaux carbonés joueront un rôle crucial dans la fabrication de produits électroniques médicaux implantables. Ces avantages incluent le carbone matériels' biocompatibilité de haute qualité, résistance à la fatigue et faible densité. Ces matériaux sont utilisés dans une large gamme d'applications, notamment les dispositifs d'administration de médicaments, les biocapteurs, les stimulateurs thérapeutiques et le stockage d'énergie. Toutes ces propriétés ont un rôle à jouer dans les domaines des systèmes neurologique, cardiovasculaire, gastro-intestinal et locomoteur.

Les actionneurs implantables, les biocapteurs, les systèmes d'administration de médicaments et les alimentations électriques bénéficient tous des progrès réalisés dans le domaine de l'électronique interne ou implantable. De nouveaux progrès dans ce domaine nécessiteront une approche plus intersectionnelle impliquant des chercheurs en biosciences, des scientifiques des matériaux et des physiciens du monde entier.

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