Cette puce en silicium contient des dizaines de piles à combustible à base de glucose, visibles sous la forme de petits carrés argentés.

L’alimentation des implants médicaux peut s’avérer délicate, mais en puisant dans la propre source de carburant de l’organisme, on pourrait assurer leur fonctionnement à long terme. Une nouvelle conception d’une minuscule pile à combustible convertit le glucose en électricité pour alimenter les implants plus efficacement qu’aucune autre jusqu’à présent.

Les implants tels que les stimulateurs cardiaques peuvent avoir besoin de fonctionner pendant des dizaines d’années. Ils doivent donc disposer d’une alimentation électrique régulière, et il est impossible de faire passer des câbles à travers la peau du patient. Les batteries peuvent être la solution évidente, mais leur remplacement nécessite une intervention chirurgicale. Même avec les nouvelles avancées en matière de recharge sans fil depuis l’extérieur du corps, les batteries sont trop volumineuses pour des appareils qui doivent être aussi petits et légers que possible.

Idéalement, les implants devraient être équipés de dispositifs capables de générer leur propre énergie, et quelle meilleure source d’énergie que celle, abondante, utilisée par nos propres cellules ? Les piles à glucose, qui convertissent l’énergie chimique du sucre sanguin en énergie électrique, sont en cours de développement depuis des décennies, mais elles ont encore quelques défauts à corriger. Aujourd’hui, un nouveau dispositif conçu par des chercheurs du MIT et de l’Université technique de Munich pourrait apporter quelques réponses.

La structure de la nouvelle pile à combustible est sensiblement la même que celle des piles existantes, à savoir une anode, un électrolyte et une cathode. L’anode réagit avec le glucose présent dans les fluides corporels, produisant de l’acide gluconique, un processus qui libère deux protons et deux électrons. L’électrolyte emporte les protons, qui se mélangent à l’air et deviennent des molécules d’eau inoffensives. Les électrons, quant à eux, sont rassemblés dans un circuit, où ils peuvent ensuite être utilisés pour alimenter un dispositif implanté.

La plupart du temps, les électrolytes des piles à combustible de glucose sont constitués de polymères, mais pour leur dispositif, les chercheurs ont utilisé un nouveau matériau – l’oxyde de cérium, une céramique solide et stable qui conduit bien les protons et a été utilisée pour la même fonction dans les piles à hydrogène. Les électrodes étaient faites de platine, qui réagit fortement avec le glucose.

Les cellules finales étaient minuscules : environ 300 micromètres de large et à peine 400 nanomètres d’épaisseur. Pour les tester, les chercheurs en ont fabriqué 150 sur des plaquettes de silicium, ont fait couler une solution de glucose sur leur dessus et ont mesuré leur production électrique.

Les piles à combustible ont produit des tensions de pointe d’environ 80 millivolts, ce qui équivaut à environ 43 microwatts par centimètre carré. Selon l’équipe, il s’agit de la densité de puissance la plus élevée de toutes les piles à combustible au glucose fabriquées à ce jour, et elle est suffisante pour alimenter des dispositifs implantables.

Outre sa puissance élevée, le matériau céramique lui permet de durer plus longtemps et de résister aux températures élevées de la stérilisation avant l’implantation. Selon les chercheurs, ces piles à combustible pourraient être transformées en couches minces, qui s’enrouleraient autour des implants pour les alimenter.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202109075

https://news.mit.edu/2022/glucose-fuel-cell-electricity-0512