Des pilules intelligentes à base de dentifrice et de miel
Les technologies ingestibles ou implantables dans l’organisme fournissent aux médecins des données en temps réel sur le pH, la température corporelle et d’autres paramètres physiologiques, tout en permettant d’administrer des traitements ciblés qui réduisent le recours à la chirurgie et à d’autres interventions invasives. Cependant, les matériaux dangereux que contiennent ces dispositifs constituent une menace pour l’environnement lorsqu’ils sont jetés, ainsi que pour les patients eux-mêmes. «L’administration de la plupart des dispositifs ingestibles actuels doit être supervisée pour des raisons de sécurité, ce qui limite les possibilités de mettre en place des programmes de dépistage à grande échelle», explique Mario Caironi, coordinateur du projet ELFO(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CER). Mario Caironi et son équipe du Laboratoire d’électronique imprimée et moléculaire(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’Institut italien de technologie développent une électronique comestible à partir d’aliments, d’ingrédients et d’additifs alimentaires, et de matériaux non toxiques. «Une fois leur fonction remplie, ces composants électroniques peuvent être naturellement digérés, voire métabolisés, sans générer de déchets électroniques», explique Mario Caironi.
Développer des prototypes comestibles
Le projet ELFO a développé les composants nécessaires à la réalisation de deux produits conceptuels: une pilule intelligente destinée à surveiller l’état de santé du système gastro-intestinal et un capteur radiofréquence permettant de contrôler la sécurité et la qualité des aliments. La première étape a consisté à constituer une bibliothèque de matériaux candidats présentant des propriétés électroniques intéressantes et pouvant être facilement assimilés par l’organisme, sous l’égide d’autorités telles que l’Autorité européenne de sécurité des aliments(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et la Food and Drug Administration(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) américaine. Les matériaux susceptibles de servir de conducteurs, d’isolants ou de semi-conducteurs ont été optimisés, puis testés dans des liquides gastriques et intestinaux simulés afin de vérifier qu’ils conservaient leurs propriétés dans l’organisme. «C’était très passionnant de constater que certains matériaux pour le moins inattendus se révélaient étonnamment performants. Le miel s’est avéré particulièrement adapté à la commande des transistors, tandis que le pigment du dentifrice constitue un semi-conducteur stable et de grande qualité», souligne Mario Caironi.
Concevoir des pilules intelligentes et des capteurs alimentaires comestibles
L’étape suivante a consisté à montrer comment intégrer ces matériaux dans des composants électroniques tels que des circuits, des capteurs et des sources d’alimentation, à l’aide de techniques à base de liquides et à basse température, comme l’impression jet d’encre. L’équipe a fabriqué de minces films semi-conducteurs à base de bêta-carotène (le pigment orange des carottes), ainsi que des diélectriques conducteurs d’ions à base de miel et de chitosane extrait de crustacés. Les capteurs étaient constitués d’eau, de sel, de métaux non toxiques, comme des feuilles d’or, et de jus de chou rouge. Le projet a également développé la première batterie rechargeable comestible au monde, à base de riboflavine, de quercétine (un pigment jaune présent dans les oignons), d’algues nori, de charbon actif, d’or alimentaire et d’eau salée. Classée parmi les meilleures inventions de 2023(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) par le magazine «TIME», cette batterie comestible permettra aux pilules intelligentes de se recharger via un module de récupération d’énergie. «Nous avons fait évoluer la batterie comestible au point qu’elle peut alimenter la plupart des dispositifs ingestibles», ajoute Mario Caironi. «Quant au capteur alimentaire, il peut enregistrer le moment où un aliment a été décongelé puis recongelé, indiquant ainsi qu’il n’est plus propre à la consommation.»
Vers une validation de principe pour de futures applications
ELFO contribue à plusieurs grands objectifs des politiques européennes, depuis la médecine personnalisée, qui permet d’adapter les stratégies de prévention et de traitement(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), jusqu’à l’innovation dans le domaine des matériaux avancés, susceptible d’ouvrir de nombreuses perspectives, comme des capteurs de l’Internet des objets destinés à surveiller la bonne observance des traitements. L’équipe a déposé des demandes de brevet pour la pâte d’oléogel conductrice développée dans le cadre du projet, ainsi que pour une méthode de transmission de données exploitant la conductivité naturelle du corps. Ces innovations serviront de base au projet EAT, soutenu par le CER. «EAT entend développer la première pilule entièrement comestible capable de mesurer le temps de vidange gastrique, une donnée utile aux nutritionnistes pour étudier la satiété. Nous voulons faire de cette pilule comestible une plateforme capable d’intégrer à l’avenir d’autres capteurs pour diverses applications», conclut Mario Caironi.
