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Soutenance de thèse

Jeudi 23 mars à 14h00,
Salle des séminaires Bât. A

Orateur : Antoine BOURRIER
"Graphène bioelectronics for a long-term neuronal interfacing in-vivo"

Abstract

Le Graphène, une couche monoatomique d’atomes de carbones, a été isolé pour la première fois il y a 12 ans et est rapidement devenu un matériau d’intérêt pour la fabrication de dispositifs en microélectronique. Il représente notamment une plateforme prometteuse pour la bioélectronique étant donné qu’il rassemble dans un seul et même matériau, de nombreuses propriétés exceptionnelles comme sa haute conductivité électrique, sa neutralité chimique, sa transparence optique et sa flexibilité qui lui confère une rigidité proche de celle des membranes des cellules. L’intégration de graphène dans le domaine des capteurs biologiques est envisagée et des dispositifs biomédicaux intégrants ce type de capteur sont en cours d’étude. D’autre part, les progrès récents en matière de neurorehabilitation pour les victimes de lésions de la moelle épinière ou dans le domaine des neuroprothèses pour les handicaps moteurs font face à des difficultés dans leur transition du madel animal aux patients humains, notamment parce qu’ils souffrent du manque de fiabilité des dispositifs médicaux utilisés pour détecter l’activité neuronale sur le long terme. En effet, ces projets nécessitent l’utilisation d’enregistrement des signaux moteurs du cerveau avec une grande résolution, de l’ordre du neurone unique, pour lesquels les technologies actuelles standard demeurent instables dans le temps, invasives et complexes en termes d’électronique. Le but du travail décrit dans ce manuscrit est d’évaluer l’intérêt prometteur du Graphène pour améliorer l’interfaçage avec les cellules et augmenter la sensibilité des capteurs afin d’enregistrer l’activité de neurones uniques, in-vivo, avec une grande fiabilité dans la durée. J’ai donc, à cet effet, relevé de nombreux challenges de micro fabrication pour construire des biocapteurs Graphène sur différents substrats, incluant des matériaux flexibles. J’ai étudié comment le graphène pourrait bouleverser le domaine des implants intra corticaux en combinant pour la première fois une amélioration à la fois en terme de bioacceptance et en terme de sensibilité électronique des capteurs implantés. Au fur et à mesure de ce manuscrit, après une étude sur les prérequis nécessaires a la compréhension des signaux neuronaux et à leur détection (1), j’ai adressé de nombreuses problématiques dans trois chapitres distincts : (ll)quelle qualité de graphène et reproductibilité dans le procédé de fabrication sont nécessaires à l’interfaçage neuronal avec une bonne bioacceptance ? Quels sont les principaux avantages et inconvénients de l’enregistrement de signaux in vivo avec du Graphène ? Comment utiliser le graphène pour designer et fabriquer des dispositifs biomédicaux en 3D ? Dans ce but, j’ai développé des méthodes efficaces pour une synthèse de graphène et son intégration dans des procédés de fabrication de manière qualitative. (III)Par la suite j’étudie comment des biocapteurs graphène intégrés sur des implants peuvent être combinés avec les nouvelles technologies pour l’amélioration de la bioacceptance. En particulier, je détaille le développement et les tests in vivo d’un bio-polymère pour enrober et fonctionnaliser le graphène avec pour but la protection de la couche monoatomique et le futur attachement d’hydrogels permettant la délivrance progressive et locale de médicaments pour améliorer la bioacceptance. (IV)Afin de procéder à l’intégration de graphène sur des dispositifs implantables in-vivo jai étudié : comment construire un implant intégrant des biocapteurs graphène tout en préservant l’intégralité de cette couche monoatomique ? Comment intégrer le graphène comme matériau d’enrobage sur les dispositifs existants afin de tester son influence sur la bioacceptance in vivo ? Finalement, à la fin de ce chapitre, je détaille comment le graphène s’est comporté comme matériaux d’enrobage durant la chirurgie et après plusieurs semaines in-vivo et quelles améliorations à t-il apporté en terme de bioacceptance dans le cerveau.

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