Biomatériaux conducteurs pour la réalisation d'électrodes souples étirables et biocompatibles

par Maxime Leprince

Projet de thèse en Sciences des Polymères

Sous la direction de Isabelle Texier-Nogues et de Rachel Auzély-Velty.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec CEA/LETI/DTBS/Service Bio System-on-Chip - LCMI (laboratoire) depuis le 30-07-2018 .


  • Résumé

    La conception de matériaux conducteurs flexibles et étirables pour l'enregistrement et/ou la stimulation électrique des tissus est un défi majeur dans le champ toujours croissant des dispositifs médicaux implantés. Le principal objectif de la thèse sera l'élaboration de nouveaux matériaux conducteurs souples biocompatibles et biorésorbables à base de polymères conducteurs et de polysaccharides biosourcés qui seront modifiés chimiquement pour améliorer les propriétés structurales et de conductivité. Ces matériaux seront mis en forme sur des substrats isolants souples et étirables pour réaliser des prototypes simples de dispositifs de stimulation électrique des tissus. Leur biocompatibilité sera évaluée par des tests standards et des essais d'implantation in vivo seront réalisés chez le rongeur pour évaluer leur résorbabilité. L'utilisation de tels matériaux pourrait permettre de lever de nombreux verrous technologiques (flexibilité, biocompatibilité, résorbabilité) dans le domaine des dispositifs médicaux implantés.

  • Titre traduit

    Biomaterials for resilient conductive strechable and biocompatible electrode


  • Résumé

    In this project, taking benefit of the multidisciplinary environment of LETI-DTBS and its high skills in biomaterials, biosensors and conductive polymers and its state-of-the-art microfabrication platform, it is proposed to combine the soft material approach based on conductive hydrogels with the fabrication techniques used in microtechnology to engineer and study a new class of resorbable biopolymer-based electrode arrays with electrical sensing and stimulation capabilities. The device prototype will comprise organic electrical tracks embedded in a biocompatible insulating material and connected to fully-biocompatible electrodes. In addition to the technological innovation brought by this combined approach, the main scientific innovation which is at the heart of the thesis and which should lead to patent application in the 1rst year of the thesis lies in the original design of the conductive biomaterials that will be used to fabricate the electrodes and the tracks of the devices. Conductive hydrogels designed in the literature are based on the simple mixture of conductive polymer (mostly PEDOT:PSS, poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate) and hydrogel materials. The PhD approach will replace cytotoxic PSS acting as dopant of conductive PEDOT by original sulfated polysaccharides. Dextran with a mid-rigid polysaccharide backbone will be used for the conductive tracks, while soft hyaluronic acid, main tissue component, will be used for electrodes in direct contact with tissues. Using the high skills of CERMAV in polysaccharide modification, the polymers will be modified in a controlled manner to introduce sulfated groups acting as PEDOT dopants and alkene groups for further material processing by photoreticulation. The sulfate/alkene substitution ratios and the polysaccharide molecular weights will be finely tuned to obtain water-borne dispersions of conducting polymer/sulfated polysaccharide (“bio-inks”) with optimized conductivity, printability, controllable biological and degradation properties, for the design of the tracks and contact electrodes. The tracks will then be embedded in an insulating biopolymer material, more precisely in crosslinked chitosan thin films, to produce a transient electronic device prototype. The proof-of-concept demonstrating the feasibility in terms of biocompatibility, stretchability, selfdegradability, and electrical functionality of the devices in rodents will be carried out during the last year of the PhD in collaboration with Clinatec.