Un prototype du dispositif de communication ionique fixé de part et d’autre d’un pétale d’orchidée.

Transmettre des données à partir d’implants médicaux dans le corps peut s’avérer délicat, mais des chercheurs de l’université de Columbia ont mis au point une nouvelle technique qui consiste essentiellement à écrire des données sur des ions dans les tissus humains, où elles peuvent ensuite être lues à partir d’un récepteur situé à l’extérieur du corps à des vitesses de transmission élevées.

Les dispositifs électroniques implantables sont importants pour les soins de santé, car ils peuvent surveiller l’activité du cœur, du cerveau ou d’autres organes et alerter les médecins en cas de problème. Mais faire sortir ces données de l’organisme n’est pas chose aisée : faire passer des fils dans les tissus peut entraîner des risques d’infection, tandis que les technologies sans fil comme la radio, la lumière, les ultrasons et le Bluetooth ne pénètrent pas très efficacement dans les tissus humains.

Pour cette nouvelle étude, les chercheurs de Columbia ont donc mis au point une nouvelle technique qui permet de transmettre des données sans fil en tirant parti de la méthode de communication propre à l’organisme. Les cellules du corps échangent des ions pour communiquer entre elles. L’équipe a donc exploité l’énergie potentielle électrique stockée dans les tissus.

La nouvelle méthode de communication ionique commence par l’implantation à l’intérieur des tissus d’une paire d’électrodes capables de coder les données d’un dispositif en impulsions électriques alternées, puis de stocker cette énergie dans les ions à l’intérieur des tissus. Une autre paire d’électrodes peut être placée à la surface du tissu, comme la peau, pour recevoir l’énergie stockée et décoder les données.

Schéma du dispositif de communication ionique fixé de part et d’autre d’un pétale d’orchidée.

Selon l’équipe, cette technique pourrait être utilisée pour transmettre des données à travers des tissus d’une profondeur de 10 cm, tout en perdant moins de signal que la communication par radiofréquence, quelle que soit la profondeur. La vitesse de transmission était également plus rapide que celle des autres techniques, les scientifiques ayant enregistré des taux allant jusqu’à 60 MHz, tout en laissant une marge d’optimisation.

Lors de tests effectués sur des rats vivants, les chercheurs ont associé ces systèmes de communication ionique à des implants d’interface neuronale. En quelques semaines, les dispositifs ont réussi à transmettre des données aux récepteurs externes et ont été suffisamment précis pour capter les signaux de neurones individuels.

Selon l’équipe, la communication ionique nécessite des tensions et une puissance plus faibles que les autres technologies sans fil, ce qui devrait la rendre plus viable pour les implants. Les dispositifs utilisant cette technique pourraient également être fabriqués assez facilement à partir de matériaux souples et biocompatibles.

Selon les chercheurs, la prochaine étape consistera à créer et à tester un biocapteur implantable utilisant des transistors organiques capables d’utiliser la communication ionique.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7851

https://www.engineering.columbia.edu/news/khodagholy-ion-communication-implant-bioelectronics