Le 26 mars 2021, Myriam Ghodhbane a soutenu une thèse de doctorat de l’Université Grenoble Alpes préparée sous la direction du Professeur Naceur Belgacem (Grenoble INP-Pagora/LGP2). Elle a présenté les résultats de sa recherche intitulée Fabrication et optimisation de bioélectrodes abiotiques pour biopiles à glucose implantables. Objectif : optimiser la fabrication de bioélectrodes pour biopiles à glucose implantables en utilisant différents procédés d’impression.
Un catalyseur abiotique composé de graphène dopé au fer et à l’azote a été utilisé pour fabriquer des biocathodes. Deux méthodes de dépôt ont permis de fabriquer des biocathodes en deux dimensions : la pulvérisation ultrasonique et le dépôt par enduction.
Les biocathodes réalisées par pulvérisation ultrasonique ont présenté de faibles densités de courant (0.52 µA/cm²) en raison des petites quantités de matière active déposées. Les biocathodes réalisées par enduction – cette méthode permet de déposer des quantités de matière plus importantes – ont délivré des densités de courant de 70 µA/cm². Ces biocathodes ont fait preuve d’une stabilité in vitro durant deux ans. Elles ont aussi été implantées in vivo dans un rat : une quasi-absence de réaction inflammatoire et une capacité à électro-catalyser l’oxygène ont été constatées après cinq mois d’implantation.
L’étude a ensuite porté sur la fabrication de bioélectrodes en trois dimensions. Des biocathodes abiotiques ont été réalisées par impression 3D, dotées d’une macroporosité contrôlée facilitant la diffusion du substrat au sein de l’électrode. Deux méthodes ont été appliquées : l’utilisation de la matière active directement dans la formulation initiale et la création de sites catalytiques in situ dans la forme en 3D. Pour mener à bien cette approche, la formulation de l’encre et les paramètres d’impression ont été optimisés.
Des densités de courant maximales de l’ordre de 400 µA/cm2 ont été obtenues via la première méthode. La deuxième méthode a permis d’améliorer les performances électrochimiques (facteur 1.5). Cela peut s’expliquer par l’augmentation de la conductivité ainsi que de la porosité des bioélectrodes grâce à l’étape de pyrolyse. Les biocathodes issues de la première méthode ont fait l’objet d’implantation de biopiles hybrides dans la région intra-abdominale de rats. Ces dernières sont restées fonctionnelles même après une durée d’implantation de trois mois. Sur cette même période, une quasi-absence de réaction inflammatoire a été constatée mettant en évidence la biocompatibilité des biocathodes élaborées.
Enfin, une étude comparant deux anodes enzymatiques fabriquées à base de microfibrilles de cellulose (MFC) et de chitosan a démontré que la substitution du chitosan par des MFC permet d’améliorer les performances électrochimiques et les constantes cinétiques des anodes.
