Le plus petit cathéter microélectronique au monde pour la chirurgie mini-invasive du futur


Le plus petit cathéter microélectronique au monde pour la chirurgie mini-invasive du futur

Prof. Dr. Oliver G. Schmidt est un pionnier dans la recherche et le développement de microrobots extrêmement petits, malléables et flexibles. La photo le montre avec un film microélectronique ultra-souple entre ses doigts. Crédit photo : Jacob Müller

Les cathéters sont d’une importance capitale en chirurgie mini-invasive. Ils permettent des interventions telles que le retrait de caillots sanguins, la pose d’implants ou l’administration ciblée de médicaments et doivent être particulièrement doux le patient. En général, moins la procédure de cathéter est invasive, plus le risque de complications médicales est faible et plus le temps de récupération est court.

Cependant, il y a des limites. Par exemple, les capteurs et actionneurs développés précédemment étaient encore intégrés à la main dans les cathéters électroniques. De plus, le contrôle et le placement des cathéters dans le corps sont limités, car les minuscules instruments doivent être manœuvrés à l’extérieur par le chirurgien dans un environnement complexe ou placés avec l’aide d’un robot. Ceci présente des inconvénients considérables pour la miniaturisation et l’ de structures souples, qui doivent s’adapter au corps pour une utilisation particulièrement douce en chirurgie. Il a également été difficile d’incorporer des capteurs et des fonctions supplémentaires dans les microcathéters, ce qui entrave leurs applications potentielles.

Sous la direction du Pr Dr. Oliver G. Schmidt, directeur de la chaire des systèmes de matériaux en nanoélectronique, nommé directeur scientifique du Center for Materials, Architectures and Integration of Nanomembranes (MAIN) de l’Université de de Chemnitz et ancien directeur de l’Institut Leibniz pour la recherche sur l’état solide et les matériaux (IFW Dresden) ont des scientifiques de l’IFW Dresden en coopération avec l’Institut Max Planck pour la biologie cellulaire et la génétique moléculaire (CBG) a maintenant présenté le plus microcathéter microélectronique flexible au monde.

Des fonctions intelligentes aussi fines que des cheveux : un nouvel outil biomédical

Avec cet outil microélectronique intelligent pour la chirurgie mini-invasive, les composants électroniques des capteurs et des actionneurs sont intégrés dès le départ dans la paroi du cathéter. « En raison du processus de fabrication spécial, les composants électroniques embarqués n’ont aucune influence sur la taille de nos cathéters, qui peuvent ainsi être fins comme des cheveux », explique Boris Rivkin, premier auteur de l’étude, qui fait actuellement son doctorat à la TU Chemnitz et sa thèse au Leibniz IFW Dresden. Les instruments ont un petit diamètre de seulement 0,1 mm et se caractérisent également par leur flexibilité, leur résilience et leur haute biocompatibilité. « L’utilisation de technologies de micropuces pour fabriquer les microcathéters nous permet de générer des outils biomédicaux et multifonctionnels entièrement nouveaux », ajoute le professeur Schmidt. De tels outils intelligents pourraient être utilisés, par exemple, pour le traitement mini-invasif d’anévrismes, de malformations vasculaires ou d’opérations pancréatiques.

L’équipe de recherche rend compte du plus petit cathéter microélectronique au monde dans une publication intitulée « Microcatheters intégrés électroniquement basés sur des films polymères autoassemblants » dans le numéro actuel de la revue Avancées scientifiques.

Flexible et équipé pour une large gamme d’applications : Nouvelles applications pour la chirurgie mini-invasive

Le professeur Schmidt et son équipe ont intégré des capteurs magnétiques pour la navigation et le positionnement dans le microcathéter. Comme une boussole, ce suivi est basé sur des champs magnétiques faibles au lieu de rayonnements nocifs ou d’agents de contraste et serait donc applicable dans les tissus profonds et sous des matériaux denses tels que les os du crâne.

Le microcathéter microélectronique intègre un canal pour les liquides. Ce système microfluidique pourrait délivrer des médicaments ou des agents emboliques liquides directement sur le lieu d’utilisation. La pointe du cathéter est équipée d’un petit instrument de préhension avec lequel le cathéter peut saisir et déplacer des objets microscopiques. La prise d’échantillons de tissus minuscules ou de caillots sanguins est suggérée comme applications possibles. Cette utilisation très flexible de la microélectronique embarquée est rendue possible par des composants électroniques intégrés basés sur la technologie Swiss-Roll Origami. Avec cette technologie, l’équipe peut construire des circuits de capteurs et d’actionneurs microélectroniques très complexes sur une puce, qui sont ensuite déclenchés pour se rouler dans une structure de microtube Swiss-Roll. Les multiples enroulements de l’architecture Swiss Roll augmentent considérablement la surface utilisable et intègrent capteurs, actionneurs et microélectronique de manière monolithique dans la paroi compacte du microcathéter tubulaire.

Le professeur Schmidt et son équipe sont des pionniers de cette technologie depuis un certain temps. Pour une architecture de microtubes qui peut être géométriquement adaptée à d’autres objets, par exemple des implants de manchette comme interfaces bioneurales, des films polymères extrêmement minces et malléables ont fait leurs preuves. Un autre scénario d’application pour cette technologie sont les micromoteurs catalytiques et les plates-formes de composants électroniques pour construire des robots nageurs microélectroniques.

Le microcathéter microélectronique comble l’écart entre les instruments assistés électroniquement et les exigences de taille des interventions vasculaires dans les anatomies submillimétriques. À l’avenir, des fonctions de capteur supplémentaires peuvent être intégrées pour élargir la gamme d’applications. Par exemple, des capteurs pour l’analyse des gaz du sang, la détection de biomolécules et l’acquisition de paramètres physiologiques tels que le pH, la température et la pression artérielle sont envisageables. Des applications totalement nouvelles et flexibles pour la chirurgie mini-invasive entrent dans le domaine des possibilités.


La microélectronique adaptative se transforme indépendamment et reconnaît l’environnement pour la première fois


Plus d’information:
Boris Rivkin et al., Microcathéters électroniques intégrés basés sur des films polymères auto-organisés, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126 / sciadv.abl5408

Fourni par la TU Chemnitz

Devis: Le plus petit cathéter microélectronique au monde pour la chirurgie mini-invasive du (2021, 22 décembre), consulté le 22 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-world-smallest-microelectronic-catheter- au minimum. html

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