Le graphène en tant que matériau pour les implants dans les tissus humains

Les matériaux découverts par les scientifiques Andre Geim et Konstantin Novoselov, qui lui ont valu le prix Nobel de physique en 2010, ont depuis lors été associés à des appareils électroniques. Il n'y a toujours pas d'applications commerciales ou de méthodes de production en série, mais le graphène a été deviné suffisamment de qualités pour révolutionner l'industrie des semi-conducteurs .

Le silicium est l'élément le plus utilisé en tant que semi-conducteur dans de nombreux dispositifs et dispositifs électriques et électroniques. Le graphène pourrait représenter un saut technologique considérable pour l'industrie en raison de ses caractéristiques. Sa conductivité est très élevée, ce qui lui permet d’être présente dans les structures transportant de l’énergie, elle est souple et légère, en plus d’avoir une grande dureté (comprise comme la propriété qui empêche les matériaux d’être rayés, pénétrés ou de subir des altérations de caractère similaire).

Cependant, le graphène pourrait avoir d’autres utilisations importantes, totalement exclues de la technologie grand public. À l’Université technique de Munich, une équipe de scientifiques a effectué des tests sur du matériel implantaire dans des tissus neuronaux . Les expériences ont vérifié la compatibilité entre les parties du corps humain impliquées et la composition de la prothèse.

Lucas Hess, responsable de la recherche, a pour objectif de créer des implants qui s’adaptent le mieux possible à l’environnement dans lequel ils seront présents: le corps humain. Jusqu'à présent, les prothèses électroniques étaient constituées de structures de silicium, car il s'agit du matériau couramment utilisé. Cependant, ces types de dispositifs sont rigides, de même que l'élément avec lequel ils sont construits.

L'un des plus gros problèmes des implants tissulaires est précisément la rigidité des dispositifs. Il y a un risque que la prothèse bouge et déchire ce qui l'entoure, produisant une plaie. De plus, le silicium ne résiste pas bien à certaines conditions telles que l'humidité, une température élevée ou la salinité, qui sont toutes susceptibles de se produire dans le corps humain.

L'adaptabilité du graphène

Le but de la recherche était de trouver un matériau compatible avec les tissus humains. Le graphène est constitué de carbone, élément de base de la composition des êtres vivants. Mais sa structure se présente sous la forme de feuilles de l'épaisseur d'un atome, ce qui lui permet d'être très flexible. Les liaisons entre les molécules sont résistantes, ce qui confère une stabilité au composé.

Les chercheurs ont découvert dans leurs expériences qu'un dispositif construit avec du graphène pouvait interagir avec les fluides environnants. De cette manière, la prothèse fonctionnerait en s’appuyant sur l’environnement. Le matériau rendrait l'implant beaucoup plus sensible aux changements de son environnement, comparé à une structure formée de silicium.

Pour tester cette compatibilité du graphène, l'équipe de scientifiques de l'Université technique de Munich a testé les cellules ganglionnaires de la rétine, un type de neurones situés à l'intérieur de cette membrane. Les résultats ont été excellents.

Le graphène, un instrument de changement

Les améliorations que le graphène apportera au système d'implants médicaux dans les tissus, en particulier les neurones, restent à voir. La recherche a seulement mis sur la table quelques concepts de base sur lesquels des applications réelles devraient être développées. Les progrès dans ce domaine seront probablement soutenus par les progrès réalisés dans le domaine commercial .

L’industrie électronique n’a pas encore commencé à utiliser massivement le graphène dans le commerce et dans le commerce. Quand cela se produira, cela deviendra populaire. Cela facilitera la recherche dans d'autres domaines, tels que celui du médecin, car le matériel sera meilleur marché et plus accessible. En outre, son utilisation dans les appareils grand public contribuera à accroître les connaissances acquises à ce sujet.

Les écrans commerciaux flexibles sont l’une des premières applications commerciales prévues pour le graphène. Des chercheurs de la Rice University, aux États-Unis, ont créé un composé qui remplacerait l'ITO (mélange solide d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain) utilisé dans ce type de panneaux. Leurs propriétés seraient bien supérieures à celles auxquelles les techniciens sont habitués.

L'investissement pour étudier les propriétés et les applications du graphène est en augmentation . L'Union européenne consacrera 1 000 millions d'euros au cours des dix prochaines années à cette tâche. Dans le même but, au Royaume-Uni, l’État fournira 21, 5 millions de livres (34, 8 millions d’euros) à plusieurs universités, dont Manchester, à laquelle appartenaient les deux découvreurs du matériel.

L'objectif généralement supposé du graphène est de remplacer les circuits de silicium, bien que cela ne se produise pas dans un avenir immédiat. Mais il existe des recherches avec une autre approche, telle que celle menée par des scientifiques d'ICFO, un centre dépendant de l'Université polytechnique de Catalogne, en collaboration avec d'autres institutions. Les chercheurs ont découvert que le matériau peut absorber un photon et le convertir en électrons capables de conduire le courant électrique.

Les applications de cette dernière découverte concernent l'énergie solaire. Les panneaux qui captent actuellement l'énergie du soleil sont construits avec des structures de silicium. Une fois encore, le graphène pourrait jouer un rôle décisif dans le développement de ce secteur, en améliorant considérablement la capacité des plaques et en réduisant les pertes d’énergie.

Image: Matériaux de base