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Des transistors à protons pour s’interfacer… avec des cellules vivantes

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Peut-on imaginer une symbiose entre des cellules vivantes et des composants électroniques ? Peut-être. C'est une possibilité - lointaine - qui émerge des travaux sur une sorte de transistor fonctionnant non pas avec des électrons mais avec des charges positives, comme dans bien des tissus vivants. D'ailleurs, le matériau de base de ce transistor provient... de la plume du calmar.

Un schéma montrant le transistor à proton (H+) avec à droite une image en fausses couleurs des fibres du matériau analogue au chitosane. © University of Washington

Les signaux électriques dans les organismes biologiques sont, en général, conduits par des ions de charge positive, des cations. Ainsi, le potentiel d'action des cellules nerveuses fait intervenir des ions sodium (Na+), potassium (K+) et parfois du calcium (Ca2+). On sait tout de même que l'anion chlorure (Cl-) joue un rôle majeur dans les potentiels d'action de certaines algues, alors que cet ion intervient de façon négligeable dans les potentiels d'action de la plupart des animaux.

On ne peut s'empêcher de penser au célèbre auteur de science-fiction (SF), Isaac Asimov, qui a introduit le concept de cerveau positronique dans ses nouvelles et romans mettant en scène des robots pensants. Les positrons étant les antiparticules des électrons, et donc de charge positive, une « électronique » positronique est une bonne idée pour un roman... Cependant, même si l'on sait fabriquer de l'antimatière en accélérateur et même si la médecine utilise la tomographie par émission de positrons, ou TEP (pour cartographier l'activité métabolique d'un organe), il reste tout de même difficile d'imaginer une véritable électronique qui ferait appel à l'antimatière.

Pourtant, à défaut d'envisager émuler un cerveau humain avec un cerveau positronique qui serait capable de passer le test de Turing, il serait intéressant de disposer de composants électroniques fonctionnant avec des charges positives, des protons ou des cations plus exactement. Pour réaliser un cyborg ou simplement réaliser un bon interfaçage entre des cellules vivantes et un composant « cationique », ce serait un atout.

Le grand auteur de SF, Isaac Asimov. © Wikipédia, World-Telegram and the Sun Newspaper Photograph Collection

C'est précisément ce que viennent de réaliser des chercheurs de l'université de Washington en mettant au point un transistor utilisant des courants de protons. Les détails de leurs travaux sont exposés dans un article de Nature Communications (donné en lien plus bas).

Un transistor encore au stade du laboratoire

Ils sont partis d'un matériau biologique provenant de la modification du chitosane, un polyoside produit par désacétylation chimique ou enzymatique de la chitine, le composant de l'exosquelette des arthropodes ou, dans le cas présent, de l'endosquelette des calmars. Le matériau est biocompatible, c'est un très bon conducteur de protons et il a permis de fabriquer un transistor à effet de champ de 5 microns de large, c'est-à-dire en gros un dixième de l'épaisseur d'un cheveu.

En bonus, il est facile à fabriquer, entre autres parce que l'on peut utiliser des carapaces de crabes ou des « plumes », encore appelées gladius, de calmars, une structure allongée et semi-transparente ayant l'aspect d'une règle de section circulaire en plastique mais très différente des os de seiche.

Alors que les composants électroniques usuels pour des prothèses ou des capteurs biologiques posent des problèmes de conversion entre un signal électronique et un signal ionique, ce transistor à protons, le premier du genre, est donc une étape vers une nouvelle « électronique » qui n'aura plus ces difficultés. Cependant, les applications dans la prochaine décennie ne se feront probablement que sous forme d'interfaces avec des cellules dans un laboratoire. Le prototype actuel ne peut pas être utilisé dans un corps humain.