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Des nanoélectrodes 3D pour mieux comprendre l'activité électrique des neurones

Résultat scientifique

Une équipe du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes est parvenue à déposer une couche mince et contrôlée de polymère conducteur sur des électrodes métalliques 3D nanostructurées, ouvrant ainsi la voie à des mesures de l'activité neuronale avec une haute résolution spatiale, tout en conservant la qualité des signaux électriques enregistrés. Ces résultats, qui ont d'importantes applications potentielles dans la recherche en neurosciences, sont publiés en couverture de la revue Advanced Materials.

Pour étudier l'activité des réseaux de neurones, les chercheurs en neurosciences enregistrent et stimulent leur activité électrique à l'aide de microélectrodes. Afin d'augmenter la résolution spatiale, jusqu'à pouvoir observer l'activité d'un même neurone en plusieurs emplacements, ces électrodes métalliques sont dotées de nanostructures 3D, qui augmentent l'interaction avec les cellules neuronales. Mais la réduction de la taille des électrodes a aussi pour conséquence de limiter le transfert de charges électriques, et les performances du dispositif.

Une équipe du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS) a trouvé une solution pour résoudre ce problèmeCes recherches ont été réalisées dans le cadre du projet européen H2020 Neureka soutenues par le réseau national des plateformes de micro et nanotechnologie, Renatech. : revêtir les électrodes métalliques d'une fine couche de polymère conducteur. Publié dans Advanced Materials, le procédé améliore la conductivité à l'interface entre les électrodes et les neurones, mais aussi le contact entre le métal rigide et les tissus biologiques souples. La démonstration a été réalisée avec des électrodes basées sur des nanofils d'un alliage platine-silicium, sur lesquels a été déposée une couche d'un mélange de polymères conducteurs (PEDOT:PSS) par électrodéposition. Les scientifiques du LAAS ont acquis une maîtrise du procédé qui leur permet d'obtenir une fine couche de polymère, d'épaisseur comprise entre 100 et 300 nanomètres, qui améliore la conductivité électrique sans nuire à l'interaction 3D entre les électrodes et les cellules. Un gain sensible de la capacité d'enregistrement et des stimulations électriques, est mis en évidence par rapport à des électrodes métalliques non revêtues.

Des études sont en cours pour mettre en œuvre in vitro (cultures cellulaires) la nouvelle technologie de nano-électrodes, que ce soit pour mesurer l'activité électrique des cellules ou pour induire des stimulations électriques. L'objectif à terme est de faciliter les recherches sur les maladies neurodégénératives, et de tester l'efficacité de nouveaux traitements médicamenteux.

Des nanoélectrodes 3D pour mieux comprendre l'activité électrique des neurones
Nano-électrodes métalliques 3D enrobées d'une fine couche de matériau polymère conducteur.
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Références
Combining PEDOT:PSS polymer coating with metallic 3D Nanowires electrodes to achieve high electrochemical performances for neuronal interfacing applications
Ines Muguet, Ali Maziz, Fabrice Mathieu, Laurent Mazenq, Guilhem Larrieu.
Advanced Materials, juin 2023
https://doi.org/10.1002/adma.202370281
Article disponible sur la base d’archives ouvertes HAL

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Guilhem Larrieu
Directeur de recherche CNRS au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS)
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