De minuscules dispositifs électroniques ingérable se révèlent être un meilleur substitut à l’administration de médicaments ou de procédures invasives comme les coloscopies, mais leur alimentation peut être un défi. Des batteries sûres à avaler sont en cours de développement, mais les chercheurs du MIT ont conçu un moyen d’alimenter en énergie ces appareils électroniques grâce à des acides dans l’estomac, ce qui en fait une alternative moins chère et plus sûre que d’autres sources d’énergie.
Les auteurs principaux de la nouvelle étude, Giovanni Traverso et Robert Langer, ont auparavant développé un système de distribution de médicaments qui se déploie comme une étoile dans l’estomac pour libérer le médicament lentement pendant quelques semaines, et un capteur de la taille d’une pilule qui surveille le rythme cardiaque et la respiration d’un patient de l’intérieur. Les dispositifs comme ce dernier ont besoin d’obtenir de l’énergie de quelque part, mais les batteries ordinaires ont tendance à s’user avec le temps, et peuvent contenir des produits chimiques que vous ne voudriez pas voir fuir dans le corps.
« Nous devons trouver des façons d’alimenter ces systèmes ingérables pendant une longue période », explique Giovanni Traverso. «Nous voyons le tractus gastro-intestinal comme fournissant une opportunité vraiment unique pour héberger de nouveaux systèmes destinés à la délivrance et la détection de médicaments, et la base de ces systèmes est la façon dont ils sont alimentés en énergie ».
Étant donné que la plupart des batteries utilisent de l’acide pour fonctionner de toute façon, pourquoi ne pas profiter de l’environnement acide de l’estomac? Une expérience commune de classe scientifique démontre l’idée à l’aide d’un citron: coller un morceau de zinc et un morceau de cuivre dans un citron, l’acide citrique peut agir comme un électrolyte et transporter le courant entre les deux métaux, comme des électrodes. L’énergie produite peut suffire pour faire fonctionner une LED.
Les chercheurs ont mis à l’échelle ce principe en attachant leurs propres électrodes de zinc et de cuivre à l’extérieur d’un petit dispositif ingérable contenant un capteur de température et un émetteur de 900 MHz. Comme dans le citron, l’acide de l’estomac peut transporter le courant électrique du zinc au cuivre et alimenter l’appareil, qui, lorsqu’il est testé chez les porcs, a pu prendre des mesures de température et ensuite envoyer ces données sans fil, toutes les 12 secondes, à un récepteur jusqu’à 2 m de distance.
«Un grand défi pour les dispositifs médicaux implantables consiste à gérer la production, la conversion, le stockage et l’utilisation de l’énergie», explique Anantha Chandrakasan, principale responsable de l’étude. « Ce travail nous permet d’envisager de nouveaux dispositifs médicaux où le corps lui-même contribue à la production d’énergie permettant de créer un système entièrement autosuffisant ».
L’équipe a suivi le trajet de l’appareil à travers le tube digestif des porcs, et a constaté que le voyage a pris environ six jours en moyenne. Après sa sortie de l’estomac et sa pénétration dans l’intestin grêle, l’acidité plus faible réduit son efficacité à environ 1% de sa performance maximale, mais récupérée sur une plus longue période, ce qui pourrait encore en termes d’énergie pour transmettre des données moins fréquemment qu’à 12 secondes Intervalles.
Dans sa forme actuelle, le système ingérable est d’environ 40 mm de long par 12 mm de large et utilise la puissance générée pour libérer des médicaments qui sont enveloppés dans une mince couche d’or. Les chercheurs disent qu’en personnalisant les circuits, ils devraient être capables de le réduire à environ un tiers de cette taille et de l’équiper d’autres capteurs et dispositifs pour surveiller une gamme de signes vitaux et traiter diverses maladies et affections.
«Vous pourriez avoir une pilule auto-alimentée qui surveillerait vos signes vitaux de l’intérieur pendant quelques semaines, et vous n’avez même pas à y penser», explique Philade Nadeau, auteur principal de l’étude. «Elle se contente de faire des mesures et de les transmettre à votre téléphone.»
http://news.mit.edu/2017/engineers-harness-stomach-acid-power-tiny-sensors-0206
http://www.nature.com/articles/s41551-016-0022
