De minuscules ampoules sans fil pour des applications biomédicales

La convergence entre la biotechnologie et l’électronique ouvre des horizons inédits dans le domaine médical. Une équipe de recherche internationale a récemment mis au point une source lumineuse sans fil qui pourrait, à terme, éclairer l’intérieur du corps humain. Cette innovation pourrait transformer les méthodes de traitement des maladies et enrichir notre compréhension des processus biologiques internes.

Les chercheurs de l’Université de St Andrews et de l’Université de Cologne ont élaboré une technologie basée sur l’intégration de diodes électroluminescentes organiques (OLED) sur des antennes acoustiques. Ces dernières, qui suscitent un intérêt croissant pour diverses applications, notamment la détection de champs magnétiques faibles, se distinguent par leur capacité à être conçues à une échelle bien plus réduite que les antennes électriques.

Les OLED, que l’on retrouve dans les smartphones modernes et les téléviseurs haut de gamme, sont composées de fines couches de matériaux organiques pouvant être appliquées sur presque toutes les surfaces. Les scientifiques ont exploité cette caractéristique pour déposer les OLED directement sur l’antenne acoustique, combinant ainsi les propriétés uniques des deux plateformes en un seul dispositif extrêmement compact.

Un dispositif innovant et compact

Les antennes acoustiques servent à la fois de substrat et de source d’alimentation pour l’OLED développée sur mesure. Elles convertissent l’énergie d’un champ magnétique en oscillation mécanique, puis en courant électrique grâce à un effet connu sous le nom d’effet magnétoélectrique composite. Les nouveaux dispositifs fonctionnent à des fréquences sub-mégahertz, une gamme utilisée, par exemple, pour la communication sous-marine, car les champs électromagnétiques à cette fréquence sont faiblement absorbés par l’eau.

Cependant, contrairement aux sous-marins, l’application envisagée en biomédecine nécessite un dispositif de petite taille pour éviter tout impact négatif sur les tissus. Les techniques de stimulation optique, qui ont émergé ces dernières années, se présentent comme une alternative prometteuse à la stimulation électrique, car elles peuvent être plus sélectives au niveau cellulaire et même permettre la stimulation de cellules individuelles. Ces techniques ont déjà montré des résultats encourageants dans des essais cliniques préliminaires, par exemple pour traiter une maladie oculaire autrement incurable.

Des perspectives d’application en biomédecine

« Notre nouvelle source lumineuse sans fil combine une taille minimale de dispositif, une faible fréquence de fonctionnement et une stimulation optique », a déclaré le professeur Humboldt Dr Malte Gather, directeur du Centre Humboldt pour la Nano- et Biophotonique au Département de Chimie de la Faculté de Mathématiques et de Sciences Naturelles de l’Université de Cologne.

« De nombreuses applications émergentes nécessitent que plusieurs sites soient stimulés indépendamment, c’est pourquoi les stimulateurs cérébraux modernes intègrent souvent un grand nombre d’électrodes. Dans le cas de nos sources lumineuses sans fil, les dispositifs peuvent être contrôlés et opérés indépendamment sans nécessiter d’électronique supplémentaire et potentiellement encombrante. »

Cela est rendu possible car les fréquences de fonctionnement de différentes antennes acoustiques peuvent être ajustées à différentes valeurs. À l’avenir, cela pourrait permettre le contrôle individuel de multiples stimulateurs dans différentes parties du corps, par exemple pour traiter le tremblement aux stades avancés de la maladie de Parkinson.

Dans les prochaines étapes, les chercheurs vont s’attacher à réduire davantage la taille de leurs OLED sans fil et à tester leur technologie sur un modèle animal.

Légende illustration : Une source de lumière sans fil éclaire un faux cerveau transparent. Crédit : Julian Butscher

Article : « Wireless magnetoelectrically powered organic light-emitting diodes » – DOI: 10.1126/sciadv.adm7613