Les dispositifs médicaux implantables, tels que les stimulateurs cardiaques et les neurostimulateurs, sont essentiels pour maintenir la santé et le bien-être de nombreux patients. Leur dépendance aux batteries conventionnelles pose toutefois des défis en termes de durée de vie limitée et de nécessité d’interventions chirurgicales invasives pour leur remplacement.
Des chercheurs chinois ont développé une nouvelle approche pour résoudre ces problèmes en créant une batterie implantable qui utilise l’oxygène présent dans le corps comme source d’énergie.
Une batterie « révolutionnaire » alimentée par l’oxygène du corps
Dans une étude publiée dans la revue scientifique Chem, les chercheurs de l’Université de Technologie de Tianjin ont présenté une batterie implantable innovante qui tire son énergie de l’oxygène présent dans l’organisme. Selon Xizheng Liu, auteur principal de l’étude et spécialiste des matériaux et dispositifs énergétiques, cette approche permet de s’affranchir des limites de durée de vie imposées par les matériaux finis des batteries conventionnelles.
Pour concevoir une batterie sûre et efficace, les chercheurs ont utilisé des électrodes composées d’un alliage à base de sodium et d’or nanoporeux, un matériau dont les pores sont des milliers de fois plus petits que l’épaisseur d’un cheveu. L’or est connu pour sa compatibilité avec les systèmes vivants, tandis que le sodium est un élément essentiel et omniprésent dans le corps humain. Les électrodes subissent des réactions chimiques avec l’oxygène présent dans l’organisme pour produire de l’électricité.
La batterie est protégée par un film polymère poreux, souple et flexible.
Des résultats prometteurs chez les rats
Les chercheurs ont implanté la batterie sous la peau du dos de rats et ont mesuré sa production d’électricité. Deux semaines après l’implantation, ils ont constaté que la batterie pouvait produire des tensions stables comprises entre 1,3 V et 1,4 V, avec une densité de puissance maximale de 2,6 µW/cm2. Bien que cette puissance soit insuffisante pour alimenter des dispositifs médicaux, la conception démontre qu’il est possible d’exploiter l’oxygène présent dans le corps pour produire de l’énergie.
L’équipe a également évalué les réactions inflammatoires, les changements métaboliques et la régénération tissulaire autour de la batterie. Les rats n’ont montré aucune inflammation apparente.
Les sous-produits des réactions chimiques de la batterie, notamment les ions sodium, les ions hydroxyde et de faibles niveaux de peroxyde d’hydrogène, ont été facilement métabolisés par l’organisme et n’ont pas affecté les reins et le foie. Les rats ont bien guéri après l’implantation, les poils de leur dos ayant complètement repoussé au bout de quatre semaines. À la surprise des chercheurs, des vaisseaux sanguins se sont également régénérés autour de la batterie.
Perspectives d’avenir et applications potentielles
L’équipe prévoit d’améliorer la production d’énergie de la batterie en explorant des matériaux plus efficaces pour les électrodes et en optimisant la structure et la conception de la batterie. Xizheng Liu a également souligné que la batterie est facile à produire à grande échelle et que le choix de matériaux rentables peut encore réduire son prix. La batterie développée par l’équipe pourrait également trouver d’autres applications au-delà de l’alimentation des dispositifs médicaux.
Étant donné que les cellules tumorales sont sensibles aux niveaux d’oxygène, l’implantation de cette batterie consommant de l’oxygène autour d’une tumeur pourrait contribuer à affamer les cellules cancéreuses. Il est également possible de convertir l’énergie de la batterie en chaleur pour détruire les cellules cancéreuses.
Selon Xizheng Liu, les perspectives de cette batterie sont passionnantes, allant d’une nouvelle source d’énergie à de potentielles biothérapies.
Légende illustration : Batterie Na-O2 implantable et biocompatible. Crédit : Chem/Lv et al.
Article : « Implantable and Bio-compatible Na-O2 battery » – DOI: 10.1016/j.chempr.2024.02.012
