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Capteurs flexibles et biocompatibles en nanocellulose

Du bois sur notre peau

8 oct. 2019 | ANDREA SIX

Les analyses à fins diagnostiques peuvent se faire sans piqûre invasive. En collaboration avec une équipe canadienne, des chercheurs de l’Empa mettent actuellement au point des capteurs flexibles et biocompatibles en nanocellulose à placer sur la peau. Ces puces imprimées en 3D sont en matière renouvelable et, prochainement, seront même biodégradables.

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Gilberto Siqueira, chercheur à l’Empa, présente le nouveau circuit de nanocellulose imprimé. Après un processus de séchage, le matériau peut être traité ultérieurement. Image: Empa
L’idée de mesurer des paramètres physiologiques sans traverser la peau est bien acceptée en médecine. Ainsi, les diabétiques peuvent mesurer leur glycémie sans douleur à l’aide d’un capteur qui les dispense de se piquer le doigt. Des chercheurs de l’Empa ont développé en collaboration avec des scientifiques du Canada un nouveau capteur qui s’adapte avec souplesse à la surface de la peau et s’avère remarquablement biocompatible puisqu’il est en nanocellulose. Le capteur peut mesurer les concentrés d'ions dans la sueur, le sang et l'urine.


Un film transparent en bois

La nanocellulose est une matière première avantageuse et renouvelable composée de nanofibres et nanocristaux tirés par exemple de la cellulose du bois. La substance gélatineuse n’évoque plus en rien l’arbre dont on l’a extraite. On peut d’ailleurs aussi la produire à partir de bactéries, d’algues ou de déchets provenant de l’industrie alimentaire. Il s’agit donc d’une production renouvelable et relativement simple. Ce ne sont pas les uniques qualités de la nanocellulose: le «superpudding» présente également des propriétés mécaniques appréciées dans la fabrication de certains composites utilisés pour revêtir des objets d’usage quotidien – par exemple des bouteilles – ou comme film d’emballage transparent.

Les chercheurs du laboratoire «Cellulose & Wood Materials» de l’Empa et Woo Soo Kim de l’Université Simon Fraser du Canada tablent en outre sur une caractéristique supplémentaire de la nanocellulose: sa biocompatibilité. C’est bien parce qu’il est d’origine naturelle que ce matériau se prête particulièrement bien aux applications biomédicales.

Pour réaliser les capteurs biocompatibles capables de mesurer d’importantes valeurs métaboliques, les chercheurs ont utilisé de la nanocellulose comme «encre» d’imprimante 3D. Ils l’ont enrichie de nanofils d’argent afin de la rendre électriquement conductrice. Les chercheurs étudient le rapport exact nanocellulose / fils d’argent favorisant la formation d’un réseau tridimensionnel.

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Avec l’imprimante 3D, l’«encre» nanocellulosique est appliquée sur une plaque support. Les particules d’argent assurent la conductivité électrique du matériau. Image: Empa
Comme des spaghettis

Les essais ont montré que les nanofibres de cellulose se prêtaient mieux que les nanocristaux à la fabrication d’une matrice bien entrelacée de minuscules fils d’argent. «Les nanofibres de cellulose sont aussi souples que des spaghettis cuits, avec toutefois un diamètre d’environ 20 nanomètres et une longueur de quelques microns», explique Gilberto Siqueria, chercheur à l’Empa.

 

L’équipe de chercheurs a bien réussi à développer des capteurs capables de mesurer des paramètres métaboliques importants tels que des teneurs en calcium, en potassium et en ions ammonium azotés. Pour permettre l’exploitation des mesures, le capteur épidermique électrochimique transmet ses données à un ordinateur. Le minuscule laboratoire biochimique appliqué à la peau n’est épais que d’un demi-millimètre.

Alors que le capteur épidermique actuel permet de mesurer des concentrations ioniques de manière spécifique et fiable, les chercheurs en étudient déjà la prochaine version: «Nous souhaitons remplacer les particules d’argent par un matériau conducteur fondé sur une liaison carbone», explique avec enthousiasme Siqueira en décrivant son plus récent projet. Les capteurs médicaux en nanocellulose seront alors non seulement biocompatibles, mais entièrement biodégradables.

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Information

Dr. Gustav Nyström
Cellulose & Wood Materials
Tél. +41 58 765 45 83


Dr. Siqueira Gilberto De Freitas
Cellulose & Wood Materials
Tél. +41 58 765 47 82


Rédaction / Contact Médias
Dr. Andrea Six
Communication
Tél. +41 58 765 61 33

Images and more

Images pur télécharger ici.

T Kim, C Bao, M Hausmann, G Siqueira, T Zimmermann, W Kim; 3D Printed Disposable Wireless Ion Sensors with Biocompatible Cellulose Composites; Advanced Electronic Materials (2019); doi: 10.1002/aelm.201800778


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