|
Édition numéro 27 - 23 octobre 2009
PROJET DE RECHERCHE EN ÉQUIPE (INRS)
Une biopile promotteuse qui carbure au glucose
La gamme d’appareils implantables dans le corps humain connaît depuis quelques années une forte croissance. Pensons seulement aux appareils d’administration de médicaments, aux stimulateurs cardiaques, aux contrôleurs de glucose dans le sang ou aux tags biologiques. Peut-on imaginer une pile à combustible implantée dans un vaisseau sanguin et capable de générer l’énergie nécessaire au bon fonctionnement de ces appareils ? Mohamed Mohamedi, chercheur à l’INRS-Énergie, Matériaux et Télécommunications (EMT), a entrepris de s’attaquer au défi majeur relié au développement des appareils implantables, soit de trouver la source d’énergie la plus appropriée pour les alimenter. En fait, on entrevoit déjà le moment où des capteurs, des systèmes de communication et autres technologies microélectroniques pourront être alimentés par le vivant, c’est-à-dire par des matériaux organiques, comme le glucose, obtenus à partir de systèmes biologiques vivants.
Les avancées récentes dans le domaine médical ont conduit à une augmentation du nombre d’appareils implantables qui nécessitent des sources d’énergie miniatures et de faible puissance. On parle ici de biopiles, ou piles à combustible biologiques, capables de tirer leur énergie d’un combustible présent dans le fluide sanguin. « Ces biopiles font actuellement l’objet d’une attention mondiale, propulsées par une demande croissante pour les énergies propres/renouvelables et par le développement de l’électronique médicale implantable », souligne Mohamed Mohamedi.
« Nous travaillons à élaborer un nouveau concept de biopiles qui fonctionne à partir du glucose et de l’oxygène présents dans le fluide sanguin. En puisant dans les ressources propres au corps humain, il est possible de générer suffisamment d’énergie pour faire fonctionner de nombreux appareils implantables », soutient le chercheur. Ces piles pourront ainsi continuer à produire de l’électricité tant que l’hôte biologique sera vivant. Il s’agit essentiellement d’utiliser les enzymes comme biocatalyseurs afin de convertir l’énergie chimique en énergie électrique.
« Notre approche est basée sur le développement de nanoarchitectures tridimensionnelles formées d’une matrice conductrice composite à base de nanotubes de carbone, d’une microfibre de carbone/enzymes et de substrat biologique, explique M. Mohamedi. La microfibre de carbone, conductrice électrique, servira de collecteur de courant. Les nanotubes de carbone serviront au transfert direct d’électrons entre les enzymes et le substrat biologique, ce qui évitera l’emploi de médiateurs électroniques qui sont généralement coûteux, difficile à manipuler et, pour la plupart, non biocompatibles. Comme le corps humain est constitué pour une large part de carbone, les nanostructures de carbone sont essentiellement biocompatibles. Constituée de biocatalyseurs enzymatiques, la biopile que nous sommes à mettre au point sera à la fois plus abordable et très performante par rapport à ce qui existe maintenant. »
Avant l’adoption de telles biopiles, le chercheur convient toutefois qu’il reste plusieurs défis scientifiques et techniques à relever. « Le prototype devra satisfaire à plusieurs critères, principalement une énergie stable et de longue durée, un fonctionnement à température ambiante dans un milieu à pH neutre, aucune production de sous-produits toxiques, précise-t-il. Ce sont là des caractéristiques recherchées pour l’électronique portable et les appareils médicaux implantables. » Les travaux menés par l’équipe de l’INRS-EMT contribuent en quelque sorte à faire reculer les frontières de l’électrochimie en développant une nouvelle science, la nanotechnologie électrochimique. Rien de moins!
Le principal défi consiste à développer des méthodes multiples d’immobilisation des enzymes sur les nanostructures de carbone. « Dans ce contexte, nous étudions différents aspects qui se traduiront par de nouvelles connaissances sur les enzymes, leur activité, leur dispersion et leur stabilité, sur la résistance de transfert de matière et sur les vitesses de transfert des électrons, fait valoir M. Mohamedi. Un autre défi tient dans l’aspect complexe de la miniaturisation elle-même. L’intégration de la biopile dans plusieurs appareils médicaux implantables nécessitera des efforts d’innovation tout particuliers en matière de design et de fabrication, surtout qu’il est question ici de micro et de nanofabrication. »
Selon M. Mohamedi, la mise au point de biopiles est de nature à contribuer à l’amélioration de la qualité des soins de santé, notamment au chapitre de la prévention et des soins postopératoires, et à réduire la croissance des dépenses encourues par une population vieillissante et la prévalence des maladies chroniques.
Pour information
Monsieur Mohamed Mohamedi
Chercheur à l’INRS-EMT
Téléphone : 450 929-8231
Courriel : mohamed.mohamedi@emt.inrs.ca |
|
FÉLICITATIONS À TOUS!
|
