Électronique extensible : un polymère conducteur optimisé pour les biocapteurs portables
Un patch déformable qui mesure la fréquence cardiaque ou détecte des biomarqueurs dans la sueur et qui est aussi doux et souple que la peau
Lorsque l'on cherche à créer des feuilles de capteurs extensibles, destinées à la surveillance de la santé et ressemblant à la peau, il faut des matériaux dotés de propriétés exigeantes : Ils doivent être à la fois souples, biocompatibles et conducteurs d'électricité. Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères s'attaque à cette tâche complexe. Dans une étude récente, les scientifiques présentent une approche innovante : En utilisant un processus d'impression par transfert, le polymère conducteur PEDOT:PSS est modifié par des plastifiants qui se diffusent du substrat dans le film polymère. La conductivité électrique et l'extensibilité du matériau s'en trouvent considérablement améliorées.
Un patch déformable qui mesure le rythme cardiaque ou détecte des biomarqueurs dans la sueur et qui est aussi doux et flexible que la peau - de telles visions exigent de nouveaux développements de matériaux. Pour concrétiser de telles idées, ainsi que l'électronique portable et semblable à la peau en général, il faut des matériaux qui possèdent à la fois une conductivité électrique élevée et une extensibilité mécanique. Une équipe de scientifiques de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères, dirigée par le Dr Ulrike Kraft, travaille actuellement sur ce défi. Cependant, l'extensibilité et la conductivité électrique sont souvent contradictoires, ce qui complique le développement de matériaux appropriés, explique Ulrike Kraft, responsable du groupe de recherche sur la bioélectronique organique.
Dans leur étude actuelle, les chercheurs démontrent comment ces objectifs contradictoires peuvent être surmontés grâce au transfert ciblé de plastifiants du substrat dans le film polymère de PEDOT:PSS. Leur approche tire parti d'un processus d'impression par transfert qui permet le transfert rapide, fiable et direct de films polymères conducteurs sur des substrats étirables et biodégradables. Le polymère conducteur utilisé est le PEDOT:PSS, un matériau particulièrement prometteur qui allie transparence, flexibilité et biocompatibilité. "Les plastifiants contenus dans les substrats se diffusent dans le polymère conducteur, améliorant ainsi les performances électriques et les propriétés mécaniques", explique Carla Volkert, doctorante et premier auteur de l'étude. L'approche permet en outre d'obtenir des informations fondamentales sur le comportement des matériaux électroniques extensibles. En combinant diverses méthodes analytiques, notamment la caractérisation électrique, l'imagerie microscopique, la microscopie à force atomique et la spectroscopie Raman, les chercheurs ont pu acquérir de nouvelles connaissances sur les changements morphologiques et électroniques du PEDOT:PSS sous contrainte. L'alignement des chaînes de polymères observé, qui se traduit par une conductivité électrique accrue sous contrainte mécanique, est particulièrement remarquable. Notre méthode améliore simultanément l'extensibilité et la conductivité électrique du PEDOT:PSS - une étape importante vers les biocapteurs cutanés, explique Ulrike Kraft, chef du groupe de recherche en bioélectronique organique.
Ce travail représente donc non seulement une contribution importante à la compréhension fondamentale des matériaux conducteurs souples et extensibles, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour le développement de technologies innovantes - des électrodes souples pour les électrocardiogrammes (ECG) aux biocapteurs extensibles sur la peau qui peuvent détecter et surveiller des analytes tels que les hormones de stress dans la sueur. Le prochain objectif sera l'application de cette nouvelle approche pour la fabrication et la caractérisation de biocapteurs extensibles.
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