Biomédecine origami

Les origamis ont une forme déployée et une forme compacte, la transition entre ces deux formes étant intrinsèque aux plis. Les plis ont été utilisés de la même manière dans d’autres objets, permettant le passage d’une forme fonctionnelle à une forme compacte pour le transport ou le stockage. Découvrez ici les micropinces, les capsules, les stents, les robots chirurgiens origaminspirés !

[1] ADMINISTRATION DE MÉDICAMENTS

L’application d’un champ électrique externe permet de modifier mécanique la géométrie de cet origami nanométrique en graphène. La forme cubique pourrait contenir un médicament et le libérer à l’endroit voulu grâce au champ électrique. (équipe de Zhu)

quelques nanomètres


en graphène

[2] ROBOTS POUR LA MICROCHIRURGIE

L’équipe de Miyashita (MIT) a conçu un origami auto-pliable pilotable avec un joystick (contrôlant un champ électromagnétique). Le root peut marcher, nager, porter des objets et creuser. Cependant, l’élimination est toujours source de questions.

1,7 cm


matériau dégradable à l’eau ou l’acétone

[3] MICROFLUIDIQUE

La microfluidique peut être définie comme “la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont au moins l’une des dimensions caractéristiques est de l’ordre du micromètre” (Wikipédia)

Ce dispositif de l’équipe de Liu (University of Texas) est formé à partir d’une seule feuille de papier, les canaux sont créés par photolithographie. Le dispositif réduit les coûts et le temps de fabrication ; il n’est plus nécessaire de fabriquer les canaux couche par couche, et le pliage se fait en 1 minute sans l’aide d’outils.

100 μm d’épaisseur


en papier à chromatographie

[4] MICROPINCES

La cœlioscopie (ou laparoscopie) consiste à accéder à la cavité abdominale sans ouvrir la paroi abdominale. (Wikipédia)

Des chercheurs de la Brigham Young University se sont inspiré du pattern de pliage du “Choppers” pour créer cette pince. Elle est introduite dans une petite incision et peut tenir une aiguille par exemple pour réaliser des opérations précises.

1,1 mm (ouverte)


alcool polyvinylique (notamment)

[5] STENTS

Un  stent est un dispositif (souvent métallique, maillé et tubulaire) glissé dans une cavité naturelle pour la maintenir ouverte telle une armature, en réponse à une sténose par exemple ( rétrécissement d’une artère, d’une veine, …). (Wikipédia)

Un alliage à mémoire de forme possède des propriétés inédites. Il peut garder en mémoire une forme initiale et y retourner après une déformation, alterner entre deux formes préalablement mémorisées lorsque sa température varie, s’allonger sans déformation permanente (comportement superélastique). (Wikipédia)

Ce stent développé par l’équipe de Z.You et K.
Kuribayashi est fait d’une matière se dilatant à la température du corps. Son diamètre est petit lors du transport, et augmente une fois arrivé.

∅22mm


Alliage à mémoire (SMA) de forme en TiNi (titanium enrichi en nickel + Nickel).


[6] Catheterisation du coeur

Le cathétérisme cardiaque permet de mesurer la pression à l’intérieur du coeur, pour dépister des anomalies cardiaques , déterminer si une intervention à cœur ouvert s’impose ou non ou réparer des malformations. Une petite sonde (le cathéter) est insérée dans un vaisseau pour rejoindre le coeur. (Wikipedia)

Un ICMRI (Cathéther intracardiaque pour imagerie à résonnance magnétique) conçu par l’équipe de E. Schmidt (Harvard Medical School)

∅22mm


plastique biocompatible

Quels défis ? La stérilité, la biocompatibilité, la sécurité. Si les dispositifs présentés ci-dessus ont déjà été testés expérimentalement et présentent indéniablement des avantages, il reste du chemin avant leur application clinique.

Le stent a été plié au club Orilyon (en papier ^^) et le poster de la fête de la science parle du stent.

[1] Zhu S, Li T (2014) Hydrogenation-assisted graphene origami and its application in programmable molecular mass uptake, storage, and release. ACS Nano 8:2864–2872

[2] Miyashita S, Guitron S, Ludersdorfer M, Sung CR, Rus D (2015)
An untethered miniature origami robot that self-folds, walks,
swims, and degrades. In: Robotics and automation (ICRA), 2015
IEEE international conference, pp 1490–1496

[3] Liu H, Crooks RM (2011) Three-dimensional paper microfluidic
devices assembled using the principles of origami. JAmChemSoc
532 133:17564–17566

[4] (2016) Origami used to miniaturize, improve surgical tools, medical implants. http://www.medgadget.com/2016/0/origami-used526to-miniaturize-improve-surgical-tools-medical-implants.html

[5] Kuribayashi K, Tsuchiya K, You Z, Tomus D, Umemoto M, Ito T,
SasakiM(2006) Self-deployable origami stent grafts as a biomedical application of Ni-rich TiNi shapememory alloy foil.Mater SciEng A 419:131–137

[6] Schmidt E, Qin L, Santos J, Michaud G, Kwong R, Butts-Pauly K, Stevenson W, Dumoulin C (2011) Intra-cardiac MRI catheter for EP ablation monitoring: preliminary studies. In: Proceedings of the 19th annual meeting of ISMRM, Montreal, Canada, p 3741


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