Une nouvelle biobatterie en cours de développement à l’université de Binghamton pourrait alimenter des caméras ingérables dans l’intestin grêle.
Les entreprises technologiques ont mis au point de nombreux appareils qui fonctionnent à l’extérieur du corps, comme les téléphones portables, les montres intelligentes, les tablettes et des centaines d’autres. Mais à l’intérieur du corps ? C’est évidemment plus délicat pour plusieurs raisons, mais l’alimentation d’un appareil en est une importante. Les chercheurs en biobatterie de l’université de Binghamton de l’Etat de New-York pensent avoir une solution pour l’intestin grêle, difficile à atteindre, qui s’enroule autour de l’intestin humain sur une longueur moyenne de 55 cm.
Le professeur Seokheun « Sean » Choi, membre du corps enseignant du département de génie électrique et informatique du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science, a dirigé une équipe comprenant les doctorantes Maryam Rezaie et Zahra Rafiee dans le cadre de recherches récemment publiées dans la revue Advanced Energy Materials.
En utilisant une membrane sensible au pH, la biobatterie ingérable ne commencerait à produire de l’énergie que lorsqu’elle atteindrait l’intestin grêle.
La solution de l’équipe Watson s’appuie sur les découvertes faites par Choi au cours de la dernière décennie sur l’utilisation de bactéries pour créer de faibles niveaux d’électricité pouvant alimenter des capteurs et des connexions Wi-Fi dans le cadre de l’Internet des objets.
D’autres options à l’intérieur de l’intestin grêle sont moins viables : Les batteries traditionnelles sont potentiellement dangereuses, le transfert d’énergie sans fil depuis l’extérieur du corps est inefficace, les différences de température ne sont pas suffisantes pour exploiter l’énergie thermique et le mouvement intestinal est trop lent pour l’énergie mécanique. Au lieu de cela, les biobatteries de Seokheun Choi utilisent des piles à combustible microbiennes avec des bactéries Bacillus subtilis formant des spores qui restent inertes jusqu’à ce qu’elles atteignent l’intestin grêle.
« Comment faire pour que votre micropile à combustible fonctionne sélectivement dans l’intestin grêle ? Nous utilisons une membrane sensible au pH qui nécessite certaines conditions pour être activée », a déclaré Seokheun Choi. « Lorsque vous regardez notre tractus gastro-intestinal, l’œsophage a un pH neutre, le même que l’intestin grêle, mais le temps de transit n’est que de 10 secondes. Il ne s’activera pas dans cette zone, et il ne fonctionnera jamais dans l’estomac car celui-ci a un pH très bas. Il ne fonctionne que dans l’intestin grêle ».
Seokheun Choi sait que certaines personnes pourraient rechigner à ingérer des bactéries, mais notre corps est rempli de microbes non toxiques qui aident à la digestion et à d’autres fonctions.
« Nous utilisons ces spores comme un biocatalyseur dormant et stockable », a-t-il précisé. « Les spores peuvent être germées lorsque les nutriments sont disponibles, et elles peuvent reprendre leur vie végétative et générer l’énergie. »
Bien que cette recherche vienne d’être publiée, Choi et ses étudiants envisagent déjà d’améliorer les biobatteries de la taille d’une capsule. Une fois que la pile à combustible atteint l’intestin grêle, il lui faut jusqu’à une heure pour germer complètement – plus vite serait mieux. La pile génère une densité de puissance d’environ 100 microwatts par centimètre carré, ce qui est suffisant pour une transmission sans fil, mais une puissance dix fois supérieure offrirait beaucoup plus d’options d’utilisation. Les piles nécessiteraient également des tests sur les animaux et les humains, ainsi que des études de biocompatibilité.
M. Choi peut prévoir plusieurs utilisations que les piles à combustible microbiennes de faible niveau pourraient alimenter, notamment des capteurs biologiques et chimiques, des systèmes d’administration de médicaments et des dispositifs de stimulation électrique.
« Je pense que notre micropile à combustible a un énorme potentiel, mais nous avons encore beaucoup de chemin à parcourir », conclut-il.
