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Three-dimensional nanobiostructure-based self-contained devices for biomedical application

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Des dispositifs bioélectroniques pour des applications biomédicales

L'intégration de nanostructures et d'enzymes dans des nanobiostructures conductrices d'électricité et catalytiquement active en trois dimensions (3D) devrait trouver des applications biomédicales et en matière de diagnostic.

Santé

Les dispositifs bioélectroniques ont une importance scientifique et pratique immense pour les sciences fondamentales ainsi que pour de potentielles applications en médecine, dans le secteur de la haute technologie, le militaire, etc. L'intégration de biomatériaux à des éléments électroniques tels que des électrodes, des puces et des transistors, donne naissance à des systèmes hybrides qui peuvent fonctionner comme piles à biocombustible, biocapteurs et dispositifs bioinformatiques. Cependant, l'un des principaux obstacles à la bioélectronique réside dans la communication électronique médiocre entre les biocomposants et les éléments électroniques. L'objectif final du projet 3D-NANOBIODEVICE («Three-dimensional nanobiostructure-based self-contained devices for biomedical application») financé par l'UE était de générer un système bioélectronique hybride pouvant fonctionner dans diverses biomatrices telles que le sang, le sérum et le plasma. Du point de vue scientifique, les partenaires ont cherché à comprendre les principes fondamentaux pour le contrôle des réactions de transfert des électrons entre des nanoparticules d'or (AuNP), des nanotubes de carbone ainsi que leurs assemblages en 3D et différents bioéléments. À cette fin, les chercheurs ont choisi de relier par nanofils des enzymes ayant des propriétés d'oxydoréduction avec des AuNP ou des nanotubes de carbone, de mener des modifications en surface et d'utiliser des complexes d'oxydoréduction. Pour produire ce genre d'électrodes sans caractéristiques supérieures, la modélisation mathématique de leur performance a initialement été menée et les résultats obtenus à partir des calculs ont été comparés aux paramètres définis expérimentalement. Le consortium est parvenu à fabriquer des bioélectrodes à glucose tridimensionnelles sensibles à l'oxygène pouvant être utilisées en tant que biocapteurs, ainsi que des bioanodes et des biocathodes de piles à biocombustible. Les biocapteurs étaient connectés à des unités électroniques consistant en un transmetteur radio à consommation réduite, un amplificateur de tension et un micropotentiostat, tous alimentés par des piles à biocombustible. Les signaux obtenus à partir de ces dispositifs hybrides, qui correspondaient à diverses concentrations de bioanalytes, ont été transférés vers un ordinateur à des fins de traitement. L'un des points originaux du projet concernaient la démonstration du bien-fondé des biodispositifs fonctionnels autoalimentés et sans fil pour un contrôle continu des taux de glucose de d'oxygène dans différentes biomatrices. Ces résultats devraient améliorer la qualité de vie et renforcer l'innocuité du patient vis-à-vis des maladies chroniques telles que le diabète.

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