Des chercheurs développent des nanofils d’or souples pour les interfaces neuronales

L’or ne se prête pas facilement à la transformation en fils longs et fins. Mais des chercheurs de l’université de Linköping en Suède ont réussi à créer des nanofils d’or et à développer des électrodes souples qui peuvent être connectées au système nerveux. Ces électrodes sont souples comme des nerfs, extensibles et conductrices d’électricité, et devraient rester longtemps dans le corps.

Certaines personnes ont un « cœur d’or », alors pourquoi pas des « nerfs d’or » ? À l’avenir, il sera peut-être possible d’utiliser ce métal précieux dans des interfaces souples pour connecter des appareils électroniques au système nerveux à des fins médicales.

Cette technologie pourrait être utilisée pour soulager des maladies telles que l’épilepsie, la maladie de Parkinson, la paralysie ou la douleur chronique. Cependant, créer une interface permettant à l’électronique de rencontrer le cerveau ou d’autres parties du système nerveux pose des défis particuliers.

« Les conducteurs classiques utilisés en électronique sont des métaux, qui sont très durs et rigides. Les propriétés mécaniques du système nerveux rappellent plutôt celles d’une gelée molle. Pour obtenir une transmission précise du signal, nous devons nous rapprocher très près des fibres nerveuses en question, mais comme le corps est constamment en mouvement, obtenir un contact étroit entre quelque chose de dur et quelque chose de mou et fragile devient un problème », explique Klas Tybrandt, professeur de science des matériaux au laboratoire d’électronique organique de l’université de Linköping, qui a dirigé la recherche.

Les chercheurs souhaitent donc créer des électrodes qui présentent une bonne conductivité ainsi que des propriétés mécaniques similaires à la souplesse du corps. Ces dernières années, plusieurs études ont montré que les électrodes souples n’endommagent pas les tissus autant que les électrodes dures.

Dans l’étude actuelle, un groupe de chercheurs de l’université de Linköping a développé des nanofils d’or, mille fois plus fins qu’un cheveu, et les a intégrés dans un matériau élastique pour créer des microélectrodes souples. L’article, « Composites extensibles à base de nanofils d’or de type tissulaire avec stabilité à long terme pour les interfaces neurales », est publié dans la revue Petit.

« Nous avons réussi à créer un nouveau nanomatériau plus performant à partir de nanofils d’or combinés à un caoutchouc de silicone très souple. En combinant ces deux matériaux, nous avons obtenu un conducteur à haute conductivité électrique, très souple et composé de matériaux biocompatibles qui fonctionnent avec le corps », explique Klas Tybrandt.

Le caoutchouc de silicone est utilisé dans les implants médicaux, tels que les implants mammaires. Les électrodes souples contiennent également de l’or et du platine, des métaux courants dans les dispositifs médicaux à usage clinique.

Cependant, la fabrication de nanostructures d’or longues et étroites est très difficile. Cela a jusqu’à présent constitué un obstacle majeur, mais les chercheurs ont maintenant trouvé une nouvelle façon de fabriquer des nanofils d’or. Et ils y parviennent en utilisant des nanofils d’argent.

L’argent possède des propriétés uniques qui en font un matériau très adapté à la création du type de nanofils recherché par les chercheurs. Il est donc utilisé dans certains nanomatériaux extensibles. Le problème de l’argent est qu’il est chimiquement réactif. De la même manière que les couverts en argent se décolorent au fil du temps lorsque des réactions chimiques se produisent à leur surface, l’argent contenu dans les nanofils se décompose, ce qui entraîne une fuite d’ions argent. À une concentration suffisamment élevée, les ions argent peuvent être toxiques pour nous.

C’est lorsque Laura Seufert, doctorante dans le groupe de recherche de Klas Tybrandt, travaillait à la recherche d’un moyen de synthétiser, ou de « faire pousser », des nanofils d’or qu’elle a eu l’idée d’une nouvelle approche qui a ouvert de nouvelles possibilités.

Au début, il était difficile de contrôler la forme des nanofils. Mais elle a ensuite découvert un moyen de produire des fils très lisses. Au lieu d’essayer de faire pousser des nanofils d’or dès le début, elle a commencé avec un nanofil fin en argent pur.

« Comme il est possible de fabriquer des nanofils d’argent, nous en profitons pour utiliser le nanofil d’argent comme une sorte de modèle sur lequel nous faisons pousser de l’or. L’étape suivante consiste à retirer l’argent. Une fois cette opération terminée, nous obtenons un matériau contenant plus de 99 % d’or. Il s’agit donc d’une astuce pour contourner le problème de la fabrication de nanostructures d’or longues et étroites », explique Klas Tybrandt.

En collaboration avec le professeur Simon Farnebo du département des sciences biomédicales et cliniques de l’université de Linköping, les chercheurs à l’origine de l’étude ont montré que les microélectrodes souples et élastiques peuvent stimuler le nerf d’un rat et capturer les signaux du nerf.

Dans les applications où l’électronique souple doit être intégrée dans le corps, le matériau doit durer longtemps, de préférence toute la vie. Les chercheurs ont testé la stabilité du nouveau matériau et ont conclu qu’il durerait au moins trois ans, ce qui est mieux que la plupart des nanomatériaux développés jusqu’à présent.

L’équipe de recherche travaille actuellement à affiner le matériau et à créer différents types d’électrodes encore plus petites et pouvant entrer en contact plus étroit avec les cellules nerveuses.