Insertion avec pointe biodégradable

 Réalisation des pointes

La deuxième option envisagée est l’insertion des fils d’électrodes une fois ceux-ci collés à une pointe rigide biodégradable (figure 85). Le matériau utilisé est le poly lactic-co-glycolic acid (PLGA). Ce matériau est déjà admis en clinique ce qui en fait une solution appréciable pour des applications cliniques. L’objectif est donc de créer des pointes en PLGA et de les coller au bout des fils d’électrode.

Figure 85 : Schéma de principe de l'insertion avec pointe biodégradable

Différentes solutions sont envisagées afin de concevoir les pointes PLGA. Le dépôt du PLGA est réalisé en phase liquide : 0,04 g de Resomer RG 504 H, Poly(S,L-lactide-co-glycolide) sont mélangés avec 750 ml d’acétone.

La dissolution du PLGA était effectuée en premier lieu dans le dichlorométhane. Or lorsqu’on souhaitait superposer plusieurs couches de PLGA afin d’obtenir une épaisseur assez importante autour de 75 µm (une épaisseur trop faible n’est pas assez rigide pour pénétrer le tissu cérébrale), des bulles se formaient et rendaient le PLGA inutilisable. L’acétone a donc été choisi comme substitut et a montré de bons résultats.

Les pointes peuvent être réalisées avant le décollement des implants ou après. Dans le premier cas, des gouttes de PLGA en solution sont déposées sur les électrodes, l’ensemble est ensuite recuit 20 minutes à 65°C. Une fois le wafer refroidit, deux méthodes sont possibles pour découper les gouttes en pointes. La découpe peut se faire au scalpel manuellement ce qui n’est pas très précis. Une autre solution est l’utilisation de la découpe laser. Un laser vient graver le PLGA en suivant un motif de pointe dessiné au préalable dans un logiciel. Cependant, le wafer doit être placé très précisément à l’œil afin que le laser découpe les pointes autour des fils comme on peut le voir sur la figure 86. De plus, le laser chauffe le PLGA ce qui crée un bourrelet de PLGA sur les rebords des pointes.

Figure 86 : Pointe en PLGA avec fils de SU-8, découpée par découpe laser. Des fils de SU-8 sont englobés dans le PLGA

Il est aussi possible de fabriquer les pointes PLGA à part puis ensuite de les déposer au bout des fils où sont positionnées les électrodes. Cette technique est réalisable avant et après décollement des implants du wafer. Pour que les pointes PLGA collent aux fils, les pointes doivent être chauffées à plus de 50°C (qui correspond à la température de fusion du PLGA) tout en étant en contact des fils. Lorsque les pointes reviennent à température ambiante elles restent collées aux fils.

Trois méthodes différentes ont été testées afin de réaliser les pointes PLGA (figure 87).

Figure 87 : a. Modèle 3D des moules utilisés pour couler le PLGA liquide. b. Moule avec des formes de pointe en silicium cassé suite au passage dans la DRIE c. Exemple de pointes PLGA découpées au laser.

La première méthode consiste à couler le PLGA dans des moules en forme de pointe. Différents types de moules ont été testés (figure 87). Les premiers moules ont été réalisés en polymère par impression 3D. Ces moules étaient en forme de pointe et d’une profondeur de 5 mm (figure 87a). Or lorsque le PLGA liquide était coulé à l’intérieur de ce moule, le PLGA ne se répartissait pas au fond du moule mais collait aux parois du moule et formait des « toiles d’araignées » dans le moule. Il était donc très difficile d’obtenir des pointes pleines et régulière avec cette méthode. Le polymère des moules peut aussi interagir chimiquement avec le solvant (acétone ou dichlorométhane) du PLGA liquide. De plus, le démoulage du PLGA est relativement difficile car le film de PLGA adhère très fortement au moule en polymère.

Dans le but d’améliorer le démoulage, nous avons essayé de réaliser des moules en PDMS avec les mêmes formes que la figure 87a. Pour cela un contre-moule en polymère a été réalisé en impression 3D sur lequel a été coulé le PDMS. Suite à la solidification du PDMS, il était alors impossible de séparer le moule en PDMS du contre moule en polymère.

Nous avons ensuite réalisé des moules moins profonds en silicium (figure 87b). Avec une hauteur plus faible le PLGA ne pourra pas faire de toiles d’araignées et un traitement au fluor sur le silicium permettra de pouvoir décoller plus facilement le PLGA du moule. Pour réaliser les moules en silicium, un wafer 4 pouces a été utilisé. Une couche de résine épaisse de 40 µm a été spin-coatée sur le wafer. Le wafer est ensuite chauffé 4 minutes à 200°C. Une machine de lithographie laser a ensuite permis de dessiner les pointes dans la résine. La résine a ensuite été placée dans un développeur (AZ développeur) pendant 5 minutes. Ce masque en résine permettra de graver le silicium par plasma. Comme nous désirons graver en profondeur (300 µm) le wafer (le wafer fait 400 µm d’épais) une résine épaisse était nécessaire. La gravure ionique réactive profonde (DRIE) (qui permet de réaliser des gravures sèches fonctionne suivant le même principe que l’ICP) est alors utilisée pour graver le silicium. Or après avoir gravé 200 µm de silicium, le wafer casse dans la machine. Cela est dû au fait que le wafer devient plus fragile au fil du temps et au fait que le wafer est maintenu dans la machine en 4 points

qui représentent donc 4 points de contrainte importante. Des techniques comme coller un wafer faisant office de support ont été testées mais les résultats n’ont pas été concluants. Des morceaux de wafer ont cependant pu être récupérés et traités par un plasma au fluor. Du PLGA a alors été coulé dans ces moules de pointes mais du fait de la faible profondeur du moule il était difficile d’éviter de couler le PLGA liquide proprement dans les moules. De plus, le fluor n’a pas permis d’obtenir une surface facile à démouler.

L’utilisation de la gravure ICP (annexe 2) du PLGA pour réaliser les pointes PLGA a été testée. 10 couches de PLGA ont été superposées sur un wafer en silicium puis recuites 20 minutes à 65°C. Par la suite une couche de résine photosensible de 40 µm a été spin-coatée sur le wafer puis recuite et insolée par lithographie laser (annexe 2). Les formes insolées par lithographie laser étaient des pointes. Le développement de la résine était effectué dans le développeur de l’AZn-Lof. A la fin de cette étape, la couche de PLGA était recouverte de forme de pointe en résine servant de masque. Le wafer était ensuite placé 10 minutes dans l’ICP Oxford (annexe 2) afin de graver le PLGA non protégé. A la sortie de cette étape, aucune gravure distincte n’a été obtenue, les formes de pointes en résine avait disparu. L’hypothèse la plus probable quant à l’échec de la gravure est une montée en température trop important pendant la gravure, faisant fondre le PLGA (température de fusion à 50 °C). Les pointes en résine ont donc dû pénétrer dans le PLGA fondu.

La méthode la plus efficace pour réaliser des pointes en PLGA pour le moment reste donc l’utilisation de la découpe laser (figure 87c). Pour cela il faut utiliser un wafer recouvert d’une couche de titane et d’aluminium. Une couche sacrificielle est nécessaire afin de décoller les pointes après gravure. Plusieurs couches de PLGA sont ensuite coulées successivement sur le wafer (8 à 12 couches afin d’avoir une épaisseur comprise entre 60 et 100 µm). Des pointes sont ensuite gravées dans la couche de PLGA. Le décollement des pointes est alors réalisé avec la méthode utilisée pour décoller les implants.

 Implantation des pointes

Des pointes réalisées avec la méthode de découpe laser ont été implantées dans le cortex de rat avec succès (figure 88). Avant de couler le PLGA, des implants sans pistes métalliques ont été créés sur le wafer. Le PLGA a ensuite été coulé sur les fils, à l’extrémité des tentacules. Les pointes sont ensuite gravées au laser. Avec cette technique, les pointes sont déjà placeés et collent bien aux tentacules.

Figure 88 : Insertion de pointe PLGA dans le cortex de rat. La flèche indique le lieu de l'insertion

Cette méthode par encapsulation a l’avantage de ne pas avoir à implanter puis explanter un véhicule, ce qui peut endommager les fils d’électrodes. En revanche, la pointe PLGA permet de bien protéger les fils pendant leur insertion mais la taille importante de la pointe PLGA peut créer des réactions au niveau du tissu cortical.