Des scientifiques de l’Université de Columbia ont mis au point des transistors flexibles, fonctionnels et étanches. Ceux-ci pourraient être utilisés pour la construction de capteurs médicaux miniaturisés, d’interfaces cerveau-machine ou d’implants à long terme.
Les transistors à base de silicium ne se mélangent pas bien aux liquides, car leurs composants métalliques peuvent être court-circuités ou corrodés en quelques secondes. Malheureusement, l’imperméabilisation rend les appareils électroniques encombrants et rigides. Pour les appareils qui doivent à la fois être flexibles et étanches – comme les capteurs médicaux – l’électronique plastique organique est une solution prometteuse pour l’avenir mais, pour l’instant, ses performances sont loin derrière celles de leurs cousins en silicium.
Une équipe de chercheurs dirigée par Dion Knodagholy, Jennifer Gelinas et George Spyropoulos a maintenant mis au point ce qui promet d’être le meilleur des deux mondes : un transistor flexible, résistant à l’eau et suffisamment rapide pour permettre des applications hautes performances comme la surveillance médicale en temps réel ou les interfaces cerveau-machine implantables.
Parmi les composants essentiels d’un transistor, on trouve une « source » d’où proviennent les porteurs de charges électriques, un « drain » qui représente le point final des charges, et un « canal » reliant les deux. La principale innovation est la conception unique du canal du transistor.
« Nous avons fabriqué un transistor qui peut communiquer à l’aide d’ions, les porteurs de charges du corps, à des vitesses suffisamment rapides pour effectuer des calculs complexes nécessaires à la neurophysiologie, l’étude de la fonction du système nerveux « , précise Dion Khodagholy. « Le canal de notre transistor est fait de matériaux entièrement biocompatibles et peut interagir avec les ions et les électrons, rendant la communication avec les signaux neuronaux du corps plus efficace. »
Le canal est fait de polymères électriquement conducteurs. Au fur et à mesure que les ions traversent le canal, des ions supplémentaires intégrés dans le canal lui-même interagissent avec eux, réduisant ainsi la distance qu’ils doivent parcourir pour se rendre au drain du transistor. Selon les chercheurs, cette astuce a amélioré les performances du transistor d’un ordre de grandeur par rapport à des dispositifs ioniques similaires de la même taille.
Les chercheurs ont démontré l’utilité de leur technologie pour l’électroencéphalographie (EEG), qui enregistre les ondes cérébrales humaines à la surface du cuir chevelu. Grâce à l’amélioration de la taille et des performances, la taille de contact des capteurs a pu être réduite de cinq ordres de grandeur, l’ensemble de l’appareil s’adaptant facilement entre les follicules pileux et offrant ainsi une expérience beaucoup plus confortable pour le patient.
Pour ce qui est de la biosurveillance, d’autres utilisations pourraient inclure l’enregistrement des mouvements du cœur, des muscles et des yeux. Les dispositifs en boucle fermée, tels que ceux utilisés pour traiter certaines formes d’épilepsie réfractaire, font également partie des applications futures possibles.
https://engineering.columbia.edu/press-releases/ionic-transistors-bioelectronic-devices
http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaau7378
