Clé à emporter
- Les chercheurs du MIT ont développé une nouvelle cellule de puissance qui fonctionne en utilisant le glucose de votre corps.
- Les cellules pourraient alimenter des appareils médicaux et aider les personnes qui implantent des gadgets électroniques dans leur corps pour plus de commodité.
- Les dispositifs implantables doivent être aussi petits que possible pour minimiser leur impact sur les patients.
Votre propre corps pourrait être une source d'énergie pour de futurs gadgets.
Les scientifiques du MIT ont développé une pile à combustible alimentée au glucose qui pourrait alimenter des implants et des capteurs miniatures. L'appareil mesure environ 1/100 du diamètre d'un cheveu humain et génère environ 43 microwatts par centimètre carré d'électricité. Les piles à combustible pourraient être utiles en médecine et au nombre restreint mais croissant de personnes qui implantent des gadgets électroniques dans leur corps par commodité.
"Les piles à combustible à glucose peuvent devenir utiles pour alimenter des dispositifs implantables en utilisant un carburant facilement disponible dans le corps", Philipp Simons, qui a développé la conception dans le cadre de son doctorat. thèse, a déclaré Lifewire dans une interview par e-mail. "Par exemple, nous envisageons d'utiliser notre pile à combustible à glucose pour alimenter des capteurs hautement miniaturisés qui mesurent les fonctions corporelles. Pensez à la surveillance de la glycémie pour les patients diabétiques, à la surveillance des maladies cardiaques ou au suivi des biomarqueurs qui identifient l'évolution d'une tumeur."
Petit mais puissant
Le plus grand défi dans la conception de la nouvelle pile à combustible a été de proposer une conception suffisamment petite, a déclaré Simons. Il a ajouté que les dispositifs implantables doivent être aussi petits que possible pour minimiser leur impact sur les patients.
"Actuellement, les batteries sont très limitées dans leur taille: si vous réduisez la taille d'une batterie, cela réduit la quantité d'énergie qu'elle peut fournir", a déclaré Simons. "Nous avons montré qu'avec un appareil 100 fois plus fin qu'un cheveu humain, nous pouvions fournir une énergie suffisante pour alimenter des capteurs miniatures."
Compte tenu de la petite taille de notre pile à combustible, on peut imaginer des dispositifs implantables de quelques micromètres seulement.
Simons et ses collaborateurs devaient rendre le nouvel appareil capable de générer de l'électricité et suffisamment résistant pour résister à des températures allant jusqu'à 600 degrés Celsius. Si elle est utilisée dans un implant médical, la pile à combustible devrait passer par un processus de stérilisation à haute température.
Pour trouver un matériau capable de résister à la chaleur élevée, les chercheurs se sont tournés vers la céramique, qui conserve ses propriétés électrochimiques même à des températures élevées. Les chercheurs envisagent que la nouvelle conception pourrait être transformée en films ou revêtements ultra-minces et enroulée autour d'implants pour alimenter passivement l'électronique, en utilisant l'abondant apport de glucose du corps.
L'idée de la nouvelle pile à combustible est née en 2016 lorsque Jennifer L. M. Rupp, directrice de thèse de Simons et professeure au MIT, spécialisée dans la céramique et les appareils électrochimiques, a fait un test de glycémie pendant sa grossesse.
"Dans le cabinet du médecin, j'étais un électrochimiste très ennuyé, pensant à ce que vous pourriez faire avec le sucre et l'électrochimie", a déclaré Rupp dans un communiqué de presse. "Puis j'ai réalisé que ce serait bien d'avoir un appareil à semi-conducteurs alimenté par du glucose. Et Philipp et moi nous sommes rencontrés autour d'un café et avons écrit sur une serviette les premiers dessins."
Les piles à combustible à glucose ont été introduites pour la première fois dans les années 1960, mais les premiers modèles étaient basés sur des polymères mous. Ces premières sources de carburant ont été remplacées par des batteries au lithium-iodure.
"À ce jour, les batteries sont généralement utilisées pour alimenter des dispositifs implantables tels que des stimulateurs cardiaques", a déclaré Simons. "Cependant, ces batteries finiront par manquer d'énergie, ce qui signifie qu'un stimulateur cardiaque doit être remplacé régulièrement. C'est en fait une énorme source de complications."
L'avenir peut être petit et implantable
Dans la recherche d'une solution de pile à combustible qui pourrait durer indéfiniment à l'intérieur du corps, l'équipe a pris en sandwich un électrolyte avec une anode et une cathode en platine, un matériau stable qui réagit facilement avec le glucose.
Le type de matériaux de la nouvelle pile à combustible à glucose permet une flexibilité quant à l'endroit où elle peut être implantée dans le corps. "Par exemple, il peut résister à l'environnement corrosif du système digestif, ce qui pourrait permettre à de nouveaux capteurs de surveiller des maladies chroniques telles que le syndrome du côlon irritable", a déclaré Simons.
Les chercheurs ont placé les cellules sur des tranches de silicium, montrant que les dispositifs peuvent être associés à un matériau semi-conducteur commun. Ils ont ensuite mesuré le courant produit par chaque cellule alors qu'ils faisaient couler une solution de glucose sur chaque plaquette dans une station de test fabriquée sur mesure.
De nombreuses cellules ont produit une tension de crête d'environ 80 millivolts, selon les résultats publiés dans un article récent de la revue Advanced Materials. Les chercheurs affirment qu'il s'agit de la densité de puissance la plus élevée de toutes les conceptions de piles à combustible à glucose.
Les piles à combustible à glucose peuvent devenir utiles pour alimenter des dispositifs implantables en utilisant un carburant facilement disponible dans le corps.
L'équipe du MIT a « ouvert une nouvelle voie vers des sources d'alimentation miniatures pour des capteurs implantés et peut-être d'autres fonctions », Truls Norby, professeur de chimie à l'Université d'Oslo en Norvège, qui n'a pas contribué aux travaux, dit dans un communiqué de presse. "Les céramiques utilisées sont non toxiques, bon marché et pas [les] moins inertes, à la fois aux conditions dans le corps et aux conditions de stérilisation avant l'implantation. Le concept et la démonstration jusqu'à présent sont en effet prometteurs."
Simons a déclaré que les nouvelles piles à combustible pourraient permettre à l'avenir de créer de toutes nouvelles classes d'appareils. "Compte tenu de la petite taille de notre pile à combustible, on peut imaginer des dispositifs implantables de quelques micromètres seulement", a-t-il ajouté. "Et si nous pouvions maintenant adresser des cellules individuelles avec des dispositifs implantables ?"
