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8 Mar, 2024

Des panneaux solaires dans les yeux: La bionique autoalimentée est en route

Des panneaux solaires dans les yeux: La bionique autoalimentée est en route

De minuscules panneaux solaires implantés dans l’œil pourraient redonner la vue à des personnes atteintes de maladies oculaires incurables.

Implanter de minuscules panneaux solaires dans les globes oculaires peut sembler relever de la science-fiction, mais c’est exactement ce sur quoi travaille une équipe de scientifiques australiens. Cette technologie de pointe pourrait améliorer considérablement la qualité de vie des personnes atteintes de maladies oculaires incurables.

Les neuroprothèses interagissent avec le système nerveux pour restaurer les fonctionnalités perdues. Un bon exemple est l’implant cochléaire, un petit dispositif électronique implanté chirurgicalement dans l’oreille interne qui stimule le nerf auditif pour fournir des signaux sonores directement au cerveau, améliorant ainsi l’audition.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) tentent de déterminer si une technologie neuroprothétique similaire peut restaurer la vision chez les personnes dont les photorécepteurs, cellules spécialisées de la rétine capables d’absorber la lumière et de la convertir en signaux électriques pouvant être envoyés au cortex visuel, ont été endommagés.

Les puces des capteurs d’appareils photo offrent une haute résolution, une profondeur de couleur extrême et un degré croissant de sensibilité à la lumière faible – mais il y a un problème clé : elles doivent être alimentées. On a du mal à imaginer où irait la batterie d’un capteur de caméra placé dans le globe oculaire, ou comment on la changerait ou la rechargerait. En revanche, il existe une autre technologie capable de transformer directement la lumière en électricité : les panneaux solaires photovoltaïques.

« Les personnes atteintes de certaines maladies comme la rétinite pigmentaire et la dégénérescence maculaire liée à l’âge perdent lentement la vue en raison de la dégénérescence des photorécepteurs situés au centre de l’œil », explique Udo Römer, ingénieur spécialisé dans la photovoltaïque, plus connue sous le nom de technologie des panneaux solaires. « On a longtemps pensé que des implants biomédicaux dans la rétine pourraient remplacer les photorécepteurs endommagés. Une façon d’y parvenir est d’utiliser des électrodes pour créer [une] impulsion de tension qui pourrait permettre aux gens de voir une petite tache ».

De la lumière naît la vision (en général)

Lorsque la lumière atteint la rétine à l’arrière de l’œil, les photorécepteurs la convertissent en signaux électriques. Ces signaux sont transmis de la rétine au cerveau par le nerf optique, où ils sont transformés en images.

Schéma de la structure de l’œil

La rétinite pigmentaire (RP) est le nom donné à un groupe de maladies oculaires génétiques rares qui provoquent une lente dégradation des photorécepteurs qui captent les images, entraînant une perte de vision au fil du temps. Dans la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), la macula, la partie de la rétine qui contrôle la vision nette et directe, est endommagée, ce qui entraîne une perte de vision dans le champ de vision central. À l’heure actuelle, il n’existe aucun traitement pour la RP ou la DMLA.

Une rencontre fortuite : le mariage du photovoltaïque et de la biomédecine

La raison pour laquelle Udo Römer s’est lancé dans cette recherche est une rencontre fortuite avec un étudiant en biomédecine.

« J’aidais un doctorant de notre école de biomédecine à traiter les données et nous avons eu des discussions intéressantes sur les différentes recherches en cours dans son groupe », explique Udo Römer. « J’aime beaucoup travailler sur les cellules solaires, mais une grande partie de ce qu’ils font est très intéressant et semble assez futuriste. Son projet de doctorat portait sur les cellules solaires pour la stimulation neuronale, et il m’a montré un article de recherche du groupe Palanker de Stanford qui traitait des implants rétiniens utilisant des cellules solaires au silicium – probablement l’un des articles les plus fascinants que j’ai lus, car il ressemble à de la science-fiction. »

Dans un premier temps, Udo Römer a été découragé par les recherches déjà avancées sur l’utilisation de cellules photovoltaïques pour restaurer la vue, et il a donc mis l’idée de côté.

« Mais l’idée m’est restée en tête parce qu’elle était géniale », précise Udo Römer. « Quelques mois plus tard, alors que je discutais d’un projet de recherche avec mon directeur, nous avons parlé des cellules solaires multijonctions, qui sont en fait deux cellules solaires différentes empilées l’une sur l’autre pour mieux utiliser l’ensemble du spectre solaire. À ce moment-là, j’ai eu un déclic et je me suis dit que l’empilement de cellules solaires pourrait peut-être résoudre l’une des complications du dispositif sur lequel travaille le groupe Palanker ».

Empilement de cellules solaires et changement de matériau

Pour Udo Römer, les problèmes du groupe Palanker pouvaient être résolus en empilant les cellules solaires et en changeant le matériau semi-conducteur utilisé dans le dispositif.

« Ils ont dû interconnecter trois minuscules cellules solaires Si [silicium] dans chacun des pixels pour augmenter la tension à une valeur suffisamment élevée pour stimuler les neurones de manière fiable », a déclaré l’ingénieur. « Pour stimuler les neurones, il faut une tension plus élevée que celle obtenue avec une seule cellule solaire. Si l’on imagine les photorécepteurs comme des pixels, il faut en réalité trois cellules solaires pour créer une tension suffisante à envoyer au cerveau. L’empilement des cellules solaires aurait exactement le même effet [que leur interconnexion], mais il permettrait de réduire la taille des pixels et, partant, d’améliorer la résolution. S’il n’est pas facile d’empiler des cellules solaires au silicium, cela se fait assez couramment avec des matériaux comme l’arséniure de gallium ».

Dr Udo Römer

Le silicium reste le semi-conducteur le plus couramment utilisé dans l’industrie des cellules solaires. D’autres matériaux comme l’arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure de gallium et d’indium (GaInP) sont également utilisés. Bien que ces matériaux ne soient pas aussi bon marché que le silicium, leur avantage est que leurs propriétés sont plus faciles à régler.

Après « pas mal de recherches et de calculs », Udo Römer a présenté une demande de bourse DECRA (Discovery Early Career Researcher Award) au Conseil australien de la recherche et a obtenu un financement pour le projet. Il s’est ensuite attelé à l’amélioration de la technologie.

« Cette technologie a déjà fait l’objet d’essais », explique-t-il. « Mais le problème, c’est qu’il faut introduire des fils dans l’œil, ce qui est une procédure compliquée.

Une autre idée consiste à utiliser un minuscule panneau solaire fixé au globe oculaire. Ce panneau serait naturellement auto-alimenté et portable, ce qui éviterait d’avoir à introduire des fils dans l’œil.

Une preuve de concept au potentiel énorme

La technologie en est actuellement au stade de la preuve de concept. La prochaine étape consistera à transformer les minuscules cellules solaires en minuscules pixels nécessaires à une vision précise.

« Jusqu’à présent, nous avons réussi à superposer deux cellules solaires en laboratoire sur une grande surface (environ 1 cm2), ce qui a donné de bons résultats », a déclaré Udo Römer. Il prévoit qu’après de nombreux essais en laboratoire et sur des modèles animaux, le dispositif aura une surface d’environ 2 mm2 avec des pixels mesurant environ 50 micromètres. À ce moment-là, il devrait être prêt à être testé sur l’homme, mais cela ne se fera pas avant un certain temps.

La vision d’une personne atteinte de dégénérescence maculaire

Udo Römer note que l’appareil ne fonctionne que lorsqu’il est éclairé par une lumière laser et que les patients ne verraient qu’en noir et blanc, avec une résolution assez faible.

« Il convient de noter que même avec l’efficacité des cellules solaires empilées, la lumière du soleil n’est pas suffisante pour faire fonctionner ces cellules solaires implantées dans la rétine », souligne Udo Römer. « Les gens devront peut-être porter une sorte de lunettes ou de lunettes intelligentes qui fonctionnent en tandem avec les cellules solaires capables d’amplifier le signal solaire à l’intensité requise pour stimuler de manière fiable les neurones de l’œil ».

Il nous assure également que le dispositif ne pourrait pas être utilisé à des fins malveillantes.

« Il ne s’agit en fait que d’un dispositif médical qui peut aider les patients atteints de certaines maladies à conserver une partie de leur vision », assure Udo Römer. « Nous sommes loin d’une application cyborg.

À suivre.

https://www.unsw.edu.au/newsroom/news/2024/03/solar-panels-in-your-eyeballs–this-engineer-is-looking-into-it