La bioélectronique est un domaine de recherche dans lequel convergent la biologie et l’électronique. En médecine, par exemple, un courant électrique externe est utilisé pour soigner ou surveiller des maladies du système nerveux, mais aussi pour surveiller des biomarqueurs in situ. Des dispositifs constitués de matériaux conducteurs sont utilisés pour ces applications.
Le polymère conducteur le plus largement utilisé à ce jour dans les applications énergétiques et biomédicales est le PEDOT dopé au PSS, connu sous le nom de PEDOT:PSS. Malgré ses propriétés exceptionnelles, de nouveaux matériaux conducteurs susceptibles d’améliorer certaines de ses limites, comme la biocompatibilité, doivent encore être développés.
Une étude menée par le groupe Biomolecular Nanotechnology de CIC biomaGUNE propose un mécanisme de dopage du PEDOT à l’aide d’une protéine robuste (PEDOT:Protein) ; le résultat est un matériau hybride avec une conductivité ionique et électronique, assez similaire au PEDOT:PSS dans certains cas. Le papier est publié dans la revue Petit.
« C’est la première fois qu’une protéine modifiée est utilisée comme dopant pour un polymère conducteur ; les dopants utilisés jusqu’à présent limitent l’intégration aux cellules ou aux tissus et sont également difficiles à moduler », a expliqué le professeur de recherche d’Ikerbasque Aitziber L. Cortajarena, chercheur principal du groupe et directeur scientifique du CIC biomaGUNE.
Cortajarena a souligné que parce que ces protéines modifiées sont biocompatibles, biodégradables et durables, et offrent des fonctions intéressantes dans les mécanismes cellulaires, cette recherche a réussi à faire « un pas en avant dans le développement d’une nouvelle famille de matériaux plus biocompatibles, durables et offrant un degré d’intégration biologique beaucoup plus élevé, en raison de la biocompatibilité des protéines.
La possibilité d’utiliser « des matériaux conducteurs comprenant des protéines améliore clairement l’interface et la biointégration entre le biomatériau conducteur et le tissu ou les cellules où ce matériau est positionné », a-t-elle ajouté. Ils ont également réussi à optimiser la génération d’encres imprimables, grâce à quoi leurs propriétés électroactives restent après l’impression.
Cette nouvelle famille de matériaux revêt une importance cruciale dans le développement de nouvelles applications ou de nouveaux usages en bioélectronique. « Ils permettront d’avancer vers des limites qui ne peuvent actuellement être surmontées en raison de la simplicité des matériaux disponibles », a déclaré Antonio Dominguez-Alfaro, chercheur au CIC biomaGUNE.
Il a été souligné que le nombre d’applications est proportionnel à l’imagination de la personne qui conçoit ces matériaux, mais quelques applications potentielles ont été mentionnées. « Des électrodes pourraient être mises à disposition pour les implants cérébraux qui aident à contrôler les tremblements résultant de la maladie de Parkinson ou les convulsions causées par l’épilepsie. Elles pourraient également être appliquées aux électrodes cutanées utilisées dans les appareils portables, tels que les montres, qui mesurent les signes vitaux tels que la fréquence cardiaque. »
De plus, l’un des grands avantages de ces matériaux est qu’ils peuvent reconnaître des biomolécules comme le glucose par exemple ; ils « seraient capables d’y « réagir » et de le mesurer grâce à la sueur, ce qui est moins invasif que les méthodes actuelles par exemple ». Enfin, ces matériaux pourraient être utilisés dans des batteries plus biocompatibles et accessibles au contact du corps.
e-Prot, un projet européen visant à développer des protéines conductrices artificielles
Cette étude a été réalisée dans le cadre du e-Prot projet, qui fait partie du programme FET Open 2020 (Future and Emerging Technologies), et dirigé par le professeur Aitziber L. Cortajarena. L’objectif principal du projet est de développer une plateforme technologique pour les systèmes bioélectroniques basés sur les protéines et leur capacité à conduire efficacement l’électricité.
Ainsi, en commençant par la fabrication de structures et de matériaux conducteurs à base de protéines, ce qui est proposé est une alternative aux technologies traditionnelles utilisées dans l’industrie électronique.
Plus d’information:
Antonio Dominguez‐Alfaro et al, Ingénierie des protéines pour les dispersions PEDOT : un nouvel horizon pour les matériaux conducteurs biocompatibles ioniques-électroniques hautement mixtes, Petit (2023). DOI : 10.1002/smll.202307536