Un réseau de 90 biosupercondensateurs tubulaires.
En combinant l’électronique miniaturisée avec une fabrication inspirée de l’origami, des scientifiques allemands ont mis au point ce qu’ils considèrent comme le plus petit micro-supercondensateur existant. Plus petit qu’un grain de poussière, mais d’une tension similaire à celle d’une pile AAA, ce dispositif de stockage d’énergie révolutionnaire peut non seulement être utilisé en toute sécurité dans le corps humain, mais il utilise également des ingrédients clés présents dans le sang pour renforcer ses performances.
Les scientifiques à l’origine de ce nouveau dispositif travaillaient dans le domaine des nano-supercondensateurs (nBSC), qui sont des condensateurs classiques mais réduits à l’échelle submillimétrique. Le développement de ce type de dispositifs est déjà assez délicat, mais les chercheurs ont cherché à en fabriquer un qui puisse fonctionner en toute sécurité dans le corps humain pour alimenter de minuscules capteurs et implants, ce qui nécessite de remplacer les matériaux problématiques et les électrolytes corrosifs par des matériaux biocompatibles.
Ces dispositifs sont connus sous le nom de biosupercondensateurs et les plus petits développés à ce jour mesurent plus de 3 mm3, mais les scientifiques ont fait un énorme bond en avant en termes de taille des biosupercondensateurs. La construction commence par un empilement de couches polymères qui sont prises en sandwich avec un matériau photorésistant sensible à la lumière qui fait office de collecteur de courant, une membrane séparatrice et des électrodes fabriquées à partir d’un polymère biocompatible électriquement conducteur appelé PEDOT:PSS.
Cet empilement est placé sur une surface mince soumise à une forte tension mécanique, ce qui permet aux différentes couches de se détacher de manière très contrôlée et de se plier en origami pour former un nanosupercondensateur d’un volume de 0,001 mm3, occupant moins d’espace qu’un grain de poussière. Ces biosupercondensateurs tubulaires sont donc 3 000 fois plus petits que ceux mis au point précédemment, mais leur tension est à peu près la même que celle d’une pile AAA (mais le flux de courant réel est beaucoup plus faible).
Ces minuscules dispositifs ont ensuite été placés dans une solution saline, du plasma sanguin et du sang, où ils ont démontré leur capacité à stocker de l’énergie. Le biosupercondensateur s’est révélé particulièrement efficace dans le sang, où il a conservé jusqu’à 70 % de sa capacité après 16 heures de fonctionnement. Une autre raison pour laquelle le sang pourrait convenir au biosupercondensateur de l’équipe est que le dispositif fonctionne avec les réactions enzymatiques d’oxydoréduction inhérentes et les cellules vivantes dans la solution pour surcharger ses propres réactions de stockage de charge, ce qui augmente ses performances de 40 %.
Le professeur Oliver G. Schmidt a dirigé le développement d’un nouveau supercondensateur minuscule qui est biocompatible.
L’équipe a également soumis le dispositif aux forces qu’il pourrait subir dans les vaisseaux sanguins où le débit et la pression fluctuent, en le plaçant dans des canaux microfluidiques, un peu comme les tests en soufflerie pour l’aérodynamique, où il a bien résisté. Ils ont également utilisé trois de ces dispositifs en chaîne pour alimenter un minuscule capteur de pH, qui pourrait être placé dans les vaisseaux sanguins pour mesurer le pH et détecter des anomalies qui pourraient être le signe d’une maladie, comme la croissance d’une tumeur.
« Il est extrêmement encourageant de voir comment la nouvelle microélectronique, extrêmement flexible et adaptative, fait son entrée dans le monde miniaturisé des systèmes biologiques », déclare le professeur Oliver G. Schmidt, chef du groupe de recherche.
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24863-6
https://www.tu-chemnitz.de/tu/pressestelle/aktuell/10848/en
