Les cellules solaires en forme d’éponge pourraient être la base de meilleurs stimulateurs cardiaques

Les cellules solaires en forme d'éponge pourraient être la base de meilleurs stimulateurs cardiaques

Des scientifiques de l’Université de Chicago ont inventé une toute nouvelle façon de fabriquer une cellule solaire : en gravant des trous dans la couche supérieure pour la rendre poreuse. Ci-dessus, une image au microscope d’une membrane de silicium après le processus de gravure. Crédit : Université de Chicago : Division des sciences physiques – Tian Lab

Les trous aident à rendre les éponges et les muffins anglais utiles (et, dans le cas de ces derniers, délicieux). Sans trous, ils ne seraient pas assez flexibles pour se plier dans de petites crevasses ou pour absorber la quantité parfaite de confiture et de beurre.

Dans une nouvelle étude, des scientifiques de l’Université de Chicago ont découvert que les trous peuvent également améliorer la technologie, y compris les dispositifs médicaux. Publié dans Matériaux naturels, l’article décrit une toute nouvelle façon de fabriquer une cellule solaire : en gravant des trous dans la couche supérieure pour la rendre poreuse. L’innovation pourrait constituer la base d’un stimulateur cardiaque moins invasif ou de dispositifs médicaux similaires. Il pourrait être associé à une petite source de lumière pour réduire la taille des batteries encombrantes qui sont actuellement implantées avec les stimulateurs cardiaques d’aujourd’hui.

“Nous espérons que cela ouvre de nombreuses possibilités pour de nouvelles améliorations dans ce domaine”, a déclaré Aleksander Prominski, le premier auteur de l’article.

Travaux légers

Prominski est membre du laboratoire du chimiste Bozhi Tian de l’Université de Chicago, qui se spécialise dans la création de moyens de connecter des tissus biologiques et des matériaux artificiels, tels que des fils pour moduler les signaux cérébraux et des surfaces pour les implants médicaux.

L’un des domaines qui les intéresse est la fabrication d’appareils pouvant être alimentés par la lumière. Nous connaissons le mieux cette technologie sous la forme de cellules solaires, mais elles peuvent également utiliser n’importe quelle source de lumière, y compris artificielle. Lorsqu’ils fonctionnent dans le corps, ces dispositifs sont connus sous le nom de cellules photoélectrochimiques et peuvent être alimentés à partir d’une minuscule fibre optique implantée dans le corps.

Normalement, les cellules solaires nécessitent deux couches, qui peuvent être obtenues soit en combinant le silicium avec un autre matériau tel que l’or, soit en mélangeant différents types d’atomes dans chaque couche de silicium.

Mais les scientifiques d’UChicago du laboratoire Tian ont découvert qu’ils pouvaient créer une cellule solaire à partir de silicium pur s’ils rendaient une couche poreuse, comme une éponge.

La cellule molle et flexible qui en résulte peut mesurer moins de cinq microns de diamètre, ce qui correspond à peu près à la taille d’un seul globule rouge. Il peut ensuite être associé à une fibre optique, qui peut être rendue aussi fine qu’une mèche de cheveux humains, ce qui réduit considérablement la taille globale d’un implant, le rendant plus respectueux du corps et moins susceptible de provoquer des effets secondaires.

La cellule poreuse présente de multiples avantages par rapport aux méthodes de fabrication des cellules solaires traditionnelles, rationalisant le processus de production tout en maintenant l’efficacité du produit final.

“Vous pouvez les fabriquer en quelques minutes et le processus ne nécessite pas de températures élevées ni de gaz toxiques”, a déclaré Prominski.

Le co-auteur Jiuyun Shi a déclaré : “Lorsque nous les avons mesurés, nous avons vu que le photocourant était vraiment élevé, deux ordres de grandeur plus élevé que nos conceptions précédentes.”

Ensuite, pour augmenter la capacité du matériau à stimuler les cellules cardiaques ou nerveuses, ils le traitent avec du plasma d’oxygène pour oxyder la couche superficielle. Cette étape est contre-intuitive pour les chimistes, car l’oxyde de silicium fonctionne le plus souvent comme un isolant, et “vous ne voulez pas que l’effet photoélectrochimique soit entravé par des matériaux isolants”, a déclaré Tian. Dans ce cas, cependant, l’oxydation aide en fait en rendant le matériau de silicium hydrophile – attiré par l’eau – ce qui amplifie le signal vers les tissus biologiques. “Enfin, en ajoutant une couche d’oxyde métallique de quelques atomes d’épaisseur, vous pouvez encore améliorer les propriétés de l’appareil”, a déclaré Pengju Li, un autre co-auteur de l’étude.

Étant donné que tous les composants peuvent être rendus biodégradables, les scientifiques peuvent imaginer la technologie utilisée pour les procédures cardiaques à court terme. Au lieu d’une deuxième intervention chirurgicale pour l’ablation, les pièces se dégraderaient naturellement après quelques mois. L’approche innovante pourrait également être particulièrement utile pour une procédure appelée thérapie de resynchronisation cardiaque qui cherche à corriger les arythmies où les cavités cardiaques droite et gauche ne battent pas à temps, car les dispositifs pourraient être placés dans plusieurs zones du cœur pour améliorer la couverture. .

Prominski est également enthousiasmé par les applications possibles pour la stimulation nerveuse. “Vous pouvez imaginer implanter de tels dispositifs chez des personnes souffrant de dégénérescence nerveuse chronique au niveau des poignets ou des mains, par exemple, afin de soulager la douleur”, a-t-il déclaré.

Cette nouvelle façon de fabriquer des cellules solaires pourrait également être intéressante pour l’énergie durable ou d’autres applications non médicales. Parce que ces cellules solaires sont conçues pour fonctionner au mieux dans un environnement liquide, les scientifiques d’UChicago pensent qu’elles pourraient être utilisées dans des applications telles que les feuilles artificielles et les combustibles solaires.

L’équipe de Tian travaille avec des chercheurs en cardiologie de l’Université de médecine de Chicago pour développer davantage la technologie en vue d’une utilisation éventuelle chez l’homme. Ils collaborent également avec le UChicago Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation pour commercialiser la découverte.

Jiping Yue, Yiliang Lin, Jihun Park et Menahem Rotenberg étaient également co-auteurs de l’étude.


Des scientifiques créent un moyen d’alimenter un stimulateur cardiaque avec de la lumière


Plus d’information:
Aleksander Prominski et al, Les hétérojonctions basées sur la porosité permettent une modulation optoélectronique sans fil des tissus, Matériaux naturels (2022). DOI : 10.1038 / s41563-022-01249-7

Fourni par l’Université de Chicago

Citation: Les cellules solaires en forme d’éponge pourraient servir de base à de meilleurs stimulateurs cardiaques (2022, 7 juin) récupéré le 7 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-sponge-like-solar-cells-basis-pacemakers.html

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