Couplage de biopiles enzymatiques et de capteurs physiologiques par impression

Cette thèse CIFRE est réalisée en partenariat avec BeFC - Bioenzymatic Fuel Cells, une jeune start-up développant une biopile enzymatique et une plateforme électronique associée, et le LGP2.

Les biopiles enzymatiques sont étudiées actuellement comme alternative aux piles conventionnelles. Le choix des matériaux en fonction de leur impact sur l’environnement devient essentiel dans la conception de ces dispositifs. Deux grandes problématiques actuelles ressortent pour cette thèse : la fin de vie et donc la production et l’utilisation de batteries miniatures classiques ayant un réel impact négatif sur l’environnement, et l’utilisation de nombreux composants électroniques pour les appareils connectés, difficilement recyclables. La thèse s’est donc concentrée d’une part sur la thématique d’impression de la biopile enzymatique et d’autre part sur l’impression de capteurs. Ainsi, l’objectif à long terme est de coupler les deux systèmes afin que la biopile imprimée alimente le système de capteurs.

Dans un premier temps, ces travaux se sont portés sur l’intégration d’une enzyme permettant la réduction de l’oxygène dans une encre dédiée à l’impression sérigraphique. Des défis complexes comme l’accessibilité à l’oxygène sur l’électrode imprimée mais aussi l’élaboration d’une encre fonctionnelle et imprimable, en utilisant des matériaux respectueux de l’environnement, ont été étudiés. La formulation d’une encre bioactive et son impression du côté de la (bio)cathode a donc été le sujet principal de cette partie.

Ensuite, une formulation d’encre a été développée pour l’impression de capteurs de température, en vue du remplacement des capteurs actuellement utilisés sur la plateforme électronique développée par BeFC. Des supports papier, développés spécifiquement pour l’électronique imprimée, ont été étudiés et sélectionnés pour remplacer les polymères habituellement utilisés pour ces applications. Des procédés d’impression et notamment l’Aerosol Jet Printing ont été sélectionnés et optimisés pour l’application. Une partie de compréhension et d’optimisation de l’encre dédiée à cette technologie et des paramètres procédés a été réalisée pour l’Aerosol Jet Printing. De plus, un développement innovant de biocapteurs, imprimés sur support papier, permettant de détecter la concentration en glucose a également été déployé à la fin de la thèse.