L'invention concerne une sonde conformée pour se déplacer dans un volume empli de fluide, par exemple un vaisseau sanguin. L'invention concerne également un procédé pour déplacer une telle sonde.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION

Dans le domaine médical, de nombreuses recherches portent depuis quelques années sur des sondes destinées à se déplacer dans des parties du corps humain comme des vaisseaux sanguins, des conduits du système digestif... Il est envisagé d'utiliser ces sondes pour réaliser des actes médicaux localisés. Par exemple, une sonde se déplace jusqu'à une zone du corps humain comportant des cellules cancéreuses et délivre directement au niveau desdites cellules un traitement de chimiothérapie. Ceci serait plus efficace et moins contraignant pour un patient qu'un traitement par radiothérapie ou même qu'un traitement de chimiothérapie classique. Un autre exemple d'application concerne le débouchage d'une artère partiellement obstruée.

En général, ces sondes sont conformées pour imiter autant que faire se peut la forme d'une bactérie. En effet, une bactérie se déplace très rapidement dans un fluide, même très visqueux, notamment grâce à son flagelle. Ainsi, comme illustré à la figure 1, une sonde mise au point par l'Institute of Robotics and Intelligent Systems IRIS (sonde présentée sur une page du site Internet d' IRIS à l'adresse http : //www . iris . ethz . ch/msrl/research/micro/helical_swimmer s/) comporte une tête magnétique 1 et une queue 2 qui est conformée en forme d'hélice sensiblement circulaire, la queue 2 reproduisant un flagelle d'une bactérie. Un champ magnétique tournant entraîne une rotation de la queue 2 et provoque ainsi un déplacement de la sonde dans de l'eau.

On rappelle qu'une hélice circulaire est incluse dans un cylindre de révolution. Une hélice circulaire est caractérisée par son axe et son rayon (ceux du cylindre) , son sens d'enroulement et son pas.

Toutefois, il s'avère que les sondes actuelles, dont la sonde IRIS, se déplacent avec difficulté dans des fluides visqueux. Elles ne pourraient donc pas se déplacer dans le corps humain du fait du caractère visqueux des fluides corporels.

Par ailleurs, une grande partie des sondes de l'art antérieur, dont la sonde IRIS, sont déplacées par un champ magnétique. Toutefois les sondes doivent alors absolument comporter une tête magnétique.

OBJET DE L' INVENTION

L'objectif de l'invention est de proposer une sonde conformée pour pouvoir se déplacer facilement dans un volume empli de fluide même visqueux.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, on propose une sonde conformée pour se déplacer dans un volume empli de fluide, par exemple un vaisseau sanguin, la sonde étant recouverte au moins en partie d'une couche de matériau hydrophobe . Selon l'invention, le matériau hydrophobe est du graphène.

Les inventeurs ont ainsi constaté que la sonde de l'invention se déplaçait plus facilement dans un fluide même très visqueux qu'une sonde de l'art antérieur. En effet, le fluide glisse plus facilement sur une surface de la sonde grâce à la couche de matériau hydrophobe ce qui réduit des forces de frottement auxquelles est soumise la sonde lorsqu'elle avance dans le fluide.

En outre, de façon extrêmement avantageuse, le graphène s'avère être un matériau très stable de sorte que la sonde, ainsi recouverte d'une couche en graphène, s'oxyde très lentement. La sonde est donc nettement moins toxique qu'une sonde ne présentant pas de couche en graphène ou même qu'une sonde ne présentant qu'une couche en matériau hydrophobe autre que du graphène. De plus, même en couche très fine, le graphène présente un grand caractère hydrophobe. La sonde de l'invention peut ainsi être de petite taille, la couche de graphène étant d'une épaisseur de quelques atomes seulement et se déplacer malgré tout très facilement dans des fluides parfois très visqueux .

Une sonde selon l'invention recouverte au moins en partie d' une couche de matériau hydrophobe en graphène est ainsi particulièrement adaptée à se déplacer dans un fluide extrêmement visqueux ayant un nombre de Reynolds inférieur à 0, 1.

L' invention concerne également un procédé pour déplacer une telle sonde. Ledit procédé comporte l'étape de créer dans le fluide un champ électrique sous l'action duquel la sonde se déplace dans le volume empli de fluide .

Par un phénomène dit d' électro-osmose, l'application d'un champ électrique met en mouvement des charges libres présentes dans une couche diffuse dudit fluide, la couche diffuse étant la couche qui est au contact de la surface de la sonde. Le mouvement de ces charges libres, via des liaisons visqueuses, provoque alors un mouvement correspondant de la couche diffuse. La sonde est alors propulsée dans un sens inverse au mouvement de la couche diffuse. Ainsi, en contrôlant le champ électrique, il est possible de gérer la direction et la vitesse du déplacement de la sonde.

Les inventeurs ont observé que la couche de matériau hydrophobe permettait d'amplifier le phénomène d' électroosmose et facilitait ainsi le déplacement de la sonde dans le volume de fluide. En outre, la sonde peut être très simple à fabriquer et être par exemple simplement conformée en forme d'ogive au contraire des sondes de l'art antérieur qui doivent comporter une tête pour être déplaçables par un champ magnétique.

Des expériences ont ainsi montré que grâce à la combinaison du champ électrique et de la couche de matériau hydrophobe, la vitesse de la sonde de l'invention pouvait monter jusqu'à vingt-quatre fois la longueur de la sonde par seconde dans de l'eau. Aucune autre sonde de l'art antérieur ni même aucune bactérie connue ne se déplace à une telle vitesse.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 a déjà été décrite et illustre une sonde de l'art antérieur.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention en référence aux figures ci- jointes parmi lesquelles :

- la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une sonde selon l'invention en déplacement dans un conduit empli de fluide ;

- la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une sonde selon une autre variante de l'invention en déplacement dans un conduit empli de fluide.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Selon l'invention, une sonde conformée pour se déplacer dans un volume empli de fluide est recouverte au moins en partie par une couche de matériau hydrophobe. Pour déplacer ladite sonde dans le volume de fluide, on créé un champ électrique qui met en mouvement des charges libres présentes dans une couche diffuse du fluide entourant la sonde. Ceci provoque un déplacement de la couche diffuse dans un sens et donc un déplacement en sens opposé de la sonde .

La couche de matériau hydrophobe permet tout à la fois de : Isoler la sonde du fluide qui l'entoure pour retarder et limiter autant que possible une oxydation de ladite sonde par le fluide. En effet, une telle oxydation entraine une destruction de la sonde et une contamination du fluide par la sonde.

Faciliter le déplacement de la sonde dans le volume de fluide en réduisant des forces de frottement auxquelles est soumise la sonde lorsqu'elle avance dans le fluide .

Amplifier le phénomène d' électro-osmose à l'origine du déplacement de la sonde et ainsi faciliter encore davantage le déplacement de la sonde dans le fluide.

Le tableau ci-dessous compare différentes caractéristiques d'une sonde de l'art antérieur comportant une hélice et d'une sonde selon l'invention rigoureusement identique à la sonde de l'art antérieur mis à part le fait que son hélice est recouverte d'une couche de matériau hydrophobe .

Sonde de l'art Sonde selon

antérieur l' invention

environ 20 à 60 nanomètres (selon

Dimension

environ 20 le procédé de transversale de la

nanomètres dépôt de la couche sonde

de matériau hydrophobe)

Amplitude des

oscillations de la

queue (pour un environ 25 environ 46 champ électrique de micromètres micromètres

100 Volt/mètre - 1

Hertz)

Fréquence de Très basse Haute fréquence rotation de la fréquence (ou (jusqu'à environ queue (pour un moins de 20 Hertz) 50 Hertz) champ électrique de

100 Volt/mètre - 1

Hertz)

Pas de destruction

Durée de vie (dans

1 à 2 jours de la sonde par l'eau)

l' eau.

Biocompatibilité

avec un fluide Non Oui

biologique

Il est ainsi clairement visible que la couche de matériau hydrophobe facilite le déplacement de la sonde (l'amplitude des oscillations ainsi que la fréquence de rotation de la queue de la sonde selon l'invention étant bien meilleures) et limite la destruction de la sonde par l'eau. Les valeurs sont données à titre d'exemple pour un mode de réalisation particulier de l'invention et ne sont donc pas limitatives.

Selon l'invention, la couche en matériau hydrophobe est en graphène ce qui présente de nombreux avantages.

Le graphène s'avère être un matériau très stable de sorte que la sonde, ainsi recouverte d'une couche en graphène, s'oxyde très lentement. La sonde est donc nettement moins toxique qu'une sonde ne présentant pas de couche en matériau hydrophobe ou même qu'une couche en matériau hydrophobe autre que du graphène.

Même en couche très fine, le graphène présente un grand caractère hydrophobe. La sonde de l'invention peut ainsi être de petite taille, la couche de graphène étant d'une épaisseur de quelques atomes seulement.

En référence à la figure 2, un mode particulier de réalisation va à présent être décrit. Une sonde selon l'invention est conformée pour se déplacer ici dans un vaisseau sanguin 10 empli de sang sous l'action d'un champ électrique. Le champ électrique provoque un déplacement de la couche diffuse dans un sens (comme illustré par les flèches en pointillés) et donc un déplacement en sens opposé de la sonde.

La sonde comporte une tête 20 et une queue 30 en forme d'hélice sensiblement circulaire. La queue 30 est relativement flexible et des oscillations naturelles de la queue 30 participent ainsi au déplacement de la sonde dans le vaisseau sanguin, ladite queue 30 imitant le comportement naturel d'un flagelle. Un procédé de fabrication d'une telle sonde étant bien connu de l'art antérieur, il ne sera pas décrit plus en détail ici.

Toute la sonde est recouverte d'une couche de matériau hydrophobe .

Différents procédés connus peuvent être employés pour recouvrir la sonde d'une telle couche de matériau. On peut choisir le procédé en fonction du matériau avec lequel on souhaite former la couche ou bien encore en fonction d'une épaisseur que l'on souhaite donner à ladite couche. Un premier procédé de dépôt consiste à déposer la couche de matériau hydrophobe 40 sur la sonde, par exemple avant la création de la queue 30, par un dépôt dit à la tournette (plus connu en anglais sous le nom de « spin coating ») . Selon une variante, on vient directement coller la couche en matériau hydrophobe 40 sur la sonde. Selon une autre variante, on forme la couche en matériau hydrophobe 40 en synthétisant directement ladite couche sur la sonde avant la création de la queue 30.

Selon l'invention, la couche en matériau hydrophobe 40 est en graphène ce qui présente de nombreux avantages comme il a déjà été évoqué.

De façon privilégiée, la couche en graphène est seulement une sous-couche de la sonde et la sonde comporte une couche en matériau biocompatible 50 qui recouvre entièrement la tête 20 de ladite sonde. Bien entendu, la couche en matériau biocompatible 50 est choisie pour ne pas dégrader la couche en graphène et notamment son caractère hydrophobe. Ainsi, même recouvert d'une couche en matériau biocompatible 50, la couche en graphène continue à faciliter le déplacement de la sonde dans le vaisseau sanguin en réduisant les forces de frottement et en amplifiant le phénomène d' électro-osmose . La couche en matériau biocompatible 50 permet d' isoler davantage la sonde du sang et notamment de rendre la sonde moins toxique pour l'organisme dans lequel elle se déplace.

Préférentiellement, la couche en matériau biocompatible 50 est en or.

L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit et englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les 'revendications.

En particulier, la sonde de l'invention pourra réaliser des tâches plus complexes qu'un simple déplacement. Selon un mode de réalisation privilégié mais non limitatif, la sonde comporte des moyens pour effectuer un acte chirurgical localisé (prélèvement, injection d'un médicament, prise d'images...).

En particulier, bien qu'ici la sonde se déplace dans un vaisseau sanguin, la sonde est conformée pour se déplacer dans un volume empli de fluide comme un élément du système digestif. De façon privilégiée, la sonde est conformée pour se déplacer dans un volume de petites dimensions et a pour longueur au maximum quelques dizaines de micromètres. Préférentiellement , la sonde a une longueur comprise entre 10 et 100 micromètres. De préférence, la sonde a une dimension transversale de quelques dizaines de nanomètres. Préférentiellement , la sonde a une dimension transversale de 20 nanomètres.

Bien que dans le mode de réalisation décrit, le fluide soit du sang, la sonde pourra être déplacée dans tout type de fluide même visqueux. Bien qu'ici la sonde soit déplacée par un phénomène d' électro-osmose provoqué par un champ électrique, la sonde pourra être manipulée autrement. Par exemple la sonde pourra comporter un moteur. De plus, le procédé pour déplacer la sonde selon l'invention peut être mis en œuvre pour une sonde recouverte au moins en partie d'une couche de matériau hydrophobe qui ne comporte pas une queue en forme d'hélice sensiblement circulaire. En effet, les inventeurs ont pu mettre en évidence que recouvrir la sonde au moins en partie d'une couche de matériau hydrophobe influençait plus le déplacement de la sonde que la forme même de la sonde. On préférera toutefois que la sonde de l'invention comporte une queue en forme d'hélice sensiblement circulaire, ladite queue facilitant naturellement le déplacement de la sonde. De préférence, la queue aura un rayon compris entre 1 micromètre et 5 micromètres .

Par ailleurs, la sonde pourra avoir une forme absolument quelconque. La sonde pourra être conformée simplement en forme d'ogive ou bien pourra n'être qu'une queue en forme d'hélice sensiblement circulaire (comme illustré à la figure 3) .

Bien qu'ici toute la sonde soit recouverte d'une couche de matériau hydrophobe, la sonde pourra être seulement en partie recouverte d'une couche de matériau hydrophobe. Selon un mode de réalisation particulier, si la sonde comporte une queue conformée en forme d'hélice sensiblement circulaire, au moins la queue sera recouverte d'une couche de matériau hydrophobe.

Deux facteurs principaux doivent influencer le choix du matériau hydrophobe : l'amplification du phénomène d' électro-osmose par le matériau hydrophobe et l'épaisseur de la couche en matériau hydrophobe nécessaire pour que ladite couche présente un grand caractère hydrophobe. La couche en matériau hydrophobe pourra par exemple être en Téflon (marque déposée) .

Bien qu'ici la couche en matériau biocompatible recouvre seulement une partie de la sonde, la couche en matériau biocompatible pourra recouvrir toute la sonde. La couche en matériau biocompatible pourra être d'un tout autre matériau que l'or. Par exemple, la couche en matériau biocompatible est en matériau polymère. On peut également recouvrir la sonde d'une couche en or et d'une couche en matériau polymère en plus de la couche en matériau hydrophobe .