Les semi-conducteurs polymères — des matériaux rendus souples et extensibles tout en étant capables de conduire l'électricité — sont prometteurs pour l'électronique du futur qui pourra être intégrée dans le corps, notamment pour la détection des maladies et la surveillance de la santé.
Pourtant, jusqu'à présent, les scientifiques et les ingénieurs n'ont pas été en mesure de donner à ces polymères certaines caractéristiques avancées, comme la capacité de détecter les substances biochimiques, sans perturber complètement leur fonctionnalité.
Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) ont mis au point une nouvelle stratégie pour surmonter cette limitation. Appelée « click-to-polymer » ou CLIP, cette approche utilise une réaction chimique pour fixer de nouvelles unités fonctionnelles sur des semi-conducteurs polymères.
Grâce à cette nouvelle technique, les chercheurs ont mis au point un dispositif de surveillance du glucose en polymère. Ce qui démontre ainsi les applications possibles du CLIP dans l'électronique intégrée à l'homme.
« Les polymères semi-conducteurs sont l'un des systèmes de matériaux les plus prometteurs pour l'électronique portable et implantable », a déclaré le professeur adjoint Sihong Wang, qui a dirigé les recherches.
« Mais nous devons encore ajouter plus de fonctionnalités pour pouvoir collecter des signaux et administrer des thérapies. Notre méthode peut fonctionner de manière générale pour incorporer différents types de groupes fonctionnels. Ce qui, nous l'espérons, permettra de faire des progrès considérables dans ce domaine. »
Fonctionnaliser les polymères sans diminuer leur efficacité
Pour obtenir de nouvelles fonctionnalités de ces semi-conducteurs, de nombreux chercheurs ont auparavant essayé de les construire à partir de zéro. Ils ont ainsi essayé d'incorporer directement des caractéristiques avancées dans les modèles moléculaires. Mais les procédures conventionnelles pour ce faire ont échoué. La raison : soit parce que les molécules étaient incapables de résister aux conditions nécessaires pour les attacher aux chaînes polymères. Soit parce que le processus de synthèse diminuait leur efficacité.
Pour remédier à cela, Wang, avec Nan Li, étudiant diplômé, a mis au point la méthode CLIP. Il s'agit d'une méthode utilisant une cycloaddition azide-alkyne catalysée par le cuivre pour ajouter des unités fonctionnelles à un polymère. Comme cette « réaction click » se produit après la création du polymère, elle n'affecte pas beaucoup ses propriétés initiales.
De plus, cette réaction pourrait être utilisée pour la fonctionnalisation en masse du polymère et pour la fonctionnalisation de surface. Deux opérations essentielles pour la création de composants électroniques fonctionnels.
Semi-conducteurs polymères : un système qui pourrait changer la donne
Pour démontrer l'efficacité du CLIP, les chercheurs ont fixé des unités capables de photomodéliser le polymère. Ce qui est important pour concevoir des circuits dans le matériau. Ils ont également ajouté une fonctionnalité permettant de détecter directement les biomolécules. Leur capteur de biomolécules utilise une enzyme glucose oxydase pour détecter le glucose. Il modifie ensuite la conductance électrique du polymère et amplifie le signal.
Aujourd'hui, le groupe s'appuie sur son succès pour ajouter d'autres fonctionnalités bioactives et biocompatibles à ces polymères. Ce qui, selon Li, « a le potentiel de devenir une technologie qui change la donne ».
« Nous espérons que les chercheurs de tous les domaines utiliseront notre méthode pour doter ce système de matériaux d'encore plus de fonctionnalités. On espère aussi qu'ils s'en serviront pour développer la prochaine génération d'électronique intégrée à l'homme. Un outil clé dans le domaine des soins de santé », a déclaré Wang.
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