Avaler une batterie pour alimenter un dispositif médical pourrait bientôt relever de la réalité scientifique. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont développé une batterie en papier biodégradable et ingérable, destinée à fournir de l'énergie à des dispositifs médicaux temporaires placés dans le tube digestif.

Selon les travaux publiés dans la revue Nature Chemical Engineering et rapportés par Live Science, les prototypes ont été testés sur des porcs. Les expériences ont montré que les batteries pouvaient alimenter différents dispositifs électroniques pendant environ trois jours avant de perdre progressivement leur capacité.

Cette innovation pourrait notamment ouvrir la voie à de nouveaux capteurs de saignement, systèmes d'administration de médicaments ou stimulateurs de tissus et d'organes, sans nécessiter une batterie classique difficile à retirer.

• Du bois dans les futures batteries des drones et des smartphones ?

La technologie a été développée par une équipe dirigée par le professeur Giovanni Traverso, du MIT. Son principe repose sur une batterie fabriquée sous la forme d'un papier fin et poreux, à partir notamment de nanofibres de cellulose utilisées comme liant.

L'un des matériaux clés employés dans cette batterie est le trioxyde de magnésium-molybdène (Mg-MoO₃), conçu pour se dissoudre progressivement dans l'environnement acide du système digestif.

Ainsi, contrairement aux batteries conventionnelles, qui doivent être isolées afin d'empêcher leurs composants de fuir dans les tissus, cette batterie d'un nouveau genre est conçue pour se dégrader progressivement dans l'organisme.

Les chercheurs ont également utilisé un revêtement à base de cire d'abeille afin de ralentir la dégradation au contact des fluides digestifs. Certaines versions disposent d'une couche supplémentaire de cire de candelilla, qui prolonge leur durée de fonctionnement.

Le revêtement joue donc un rôle déterminant dans la conception de la batterie. Il permet notamment de contrôler la vitesse à laquelle celle-ci se dégrade et, par conséquent, la durée pendant laquelle elle peut fournir de l'électricité.

Les scientifiques ont développé deux formats de leur batterie en papier.

• Lors des essais en laboratoire, le plus petit modèle a produit une tension d'environ 1,77 volt, avec une capacité de 2 mAh par centimètre carré.
• Le modèle plus grand a atteint environ 1,84 volt et une capacité maximale de 3,5 mAh.

Pour vérifier son fonctionnement dans des conditions réelles, les chercheurs ont placé les batteries dans des capsules imprimées en 3D avant de les administrer à des porcs par voie orale, à l'aide d'un endoscope.

Les deux modèles ont continué à produire de l'électricité pendant environ trois jours. Leur puissance a toutefois diminué progressivement. Pour la grande batterie, la tension est passée d'environ 1,8 V à 1,6 V après une journée, avant d'atteindre environ 1,45 V au bout de trois jours. La petite version a connu une évolution similaire, passant d'environ 1,7 V à 1,35 V sur la même période.

Les chercheurs ont également démontré que leur batterie pouvait alimenter des composants électroniques implantés dans l'organisme. Lors des expériences, elle a notamment servi à alimenter une étiquette RFID placée dans l'œsophage d'un porc ainsi qu'un circuit destiné à la stimulation électrique. L'étiquette en question a permis de détecter l'administration d'un médicament et de transmettre l'information à un récepteur situé jusqu'à 1,5 mètre de distance.

Pour John Rogers, spécialiste des matériaux et pionnier de la bioélectronique à l'Université Northwestern, cette démonstration est particulièrement intéressante. Le chercheur, qui n'a pas participé à l'étude, souligne la capacité du système à fonctionner de manière stable pendant son passage dans le tube digestif d'un grand animal.

Les résultats montrent également certaines limites. Si la batterie utilise plusieurs composants biodégradables qui se sont décomposés dans l'organisme, le circuit électronique utilisé lors de l'expérience n'était pas entièrement biodégradable. Il a été évacué naturellement dans les selles du porc.

Pour les chercheurs, l'un des principaux défis consiste désormais à contrôler avec davantage de précision la durée de vie de la batterie et à rendre son processus de dégradation plus prévisible.