WO2015193624A1 - Biocompatible implantable reactor - Google Patents

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WO2015193624A1
WO2015193624A1 PCT/FR2015/051622 FR2015051622W WO2015193624A1 WO 2015193624 A1 WO2015193624 A1 WO 2015193624A1 FR 2015051622 W FR2015051622 W FR 2015051622W WO 2015193624 A1 WO2015193624 A1 WO 2015193624A1
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WO
WIPO (PCT)
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bioreactor
membrane
parylene
nanoporous
enzyme
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/051622
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French (fr)
Inventor
Philippe Cinquin
Donald Martin
Jean-Pierre ALCARAZ
Géraldine PENVEN
Original Assignee
Universite Joseph Fourier
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/022—Artificial gland structures using bioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an implantable reactor in vivo, at which a reaction between elements confined in this reactor and compounds present in the host organism is likely to occur. This reaction may for example lead to a deformation of the reactor, to the generation of an electrical potential, or to the chemical transformation of the compound interacting with the reactor.
  • a reactor leading to the generation of an electric potential may constitute an electrode of a biopile or a biosensor, of the sugar-oxygen type, for example glucose-oxygen.
  • a reactor leading to the chemical transformation of a compound interacting with the reactor will for example constitute a glucose killer, for example by transforming glucose into a compound that will be eliminated by the body.
  • each electrode, anode and cathode corresponds to an enclosure containing a liquid medium in which an electrode wire plunges.
  • the anode and cathode enclosures are delimited by membranes which can be crossed by the substrates and the reaction products taking place at the level of the electrodes (glucose and gluconic acid in the example given below), but avoiding the circulation of other heavier elements.
  • the anode comprises in a solution an enzyme and a redox mediator.
  • the enzyme is capable of catalyzing the oxidation of sugar and is for example selected from the group comprising glucose oxidase if the sugar is glucose and lactose oxidase if the sugar is lactose.
  • the redox mediator has a low redox potential capable of exchanging electrons with the anode enzyme and is for example selected from the group comprising: ubiquinone (UQ) and ferrocene.
  • the cathode also comprises in a solution an enzyme and preferably a redox mediator.
  • the enzyme is capable of catalyzing the reduction of oxygen and is for example selected from the group comprising: polyphenol oxidase (PPO), laccase and bilirubin oxidase.
  • PPO polyphenol oxidase
  • the redox mediator has a high redox potential capable of exchanging electrons with the cathode enzyme and is for example chosen from the group comprising: hydroquinone (QH2) and 2,2'-azinobis- (3-ethylbenzo-thiazoline-6) -sulfonate) (ABTS).
  • the sugar is glucose
  • the anode enzyme is glucose oxidase (GOX)
  • the redox anode mediator is ubiquinone (UQ)
  • the enzyme of cathode is polyphenol oxidase (PPO)
  • the redox cathode mediator is quinhydrone (QH2).
  • An anode potential of 20 mV and a cathode potential of 250 mV are then obtained, which leads to a zero current potential difference of the 230 mV biopile.
  • Oxygen glucose biocells implantable in vivo are described in particular in the European patent applications 2,375,481 and 2,606,527 of the applicant (B10272 and B10419). The contents of these patent applications will be considered here as known and as an integral part of the present description.
  • anode and cathode pellets of a biopile from a compression of a conductor such as graphite or carbon nanotubes and an enzyme.
  • Cathode and anode, and preferably all of the anode and the cathode, are surrounded by a semi-permeable enclosure, for example of the type used in dialysis, to let pass the glucose and oxygen and not let pass the enzymes.
  • the conductive material from which anode compression and cathode compression is performed is indicated as being graphite, conductive polymer or carbon nanotubes.
  • Figure 1 reproduces Figure 2 of this prior patent. It shows an anode pellet A and a cathode pellet K integral respectively conductors 1 and 3.
  • the anode is surrounded by a semipermeable membrane 11, the cathode of a semipermeable membrane 12 and the together is surrounded by a semi-permeable membrane 13.
  • a bioreactor obtained by compression of a mixture comprising an enzyme and a conductor is provided here, the inactive faces of this bioreactor being coated with impermeable parylene, each active face of this bioreactor being covered with a nanoporous membrane of parylene bonded to the periphery of it.
  • the bioreactor is a lozenge-shaped bioelectrode comprising an enzyme and a conductive element, a front face of which constitutes an active face, in which a conductive strip is bonded via a conductive adhesive to the back side of the pellet.
  • the membrane comprises pores with an average diameter of the order of 1 to 10 nanometers.
  • the membrane has a thickness of the order of 20 to 50 nm.
  • the impervious coating parylene has a thickness of 30 to 60 nm.
  • Figure 1 corresponds to Figure 2 of the European patent
  • Figures 2A and 2B are respectively a sectional view and a top view of a biopile electrode.
  • Figures 3 and 4 are sectional views illustrating two steps of an embodiment of a biopile electrode.
  • a bioélec ⁇ trode such as A or K of Figure 1 electrode is in the form of a pellet 20 having for example a circular shape in plan view, a diameter of 0.5 to 1 cm and one thickness from 0.5 to 2 mm.
  • the front face of this electrode constitutes its active face.
  • a conductive ribbon 22 On the rear face of the pellet 20 is fixed a conductive ribbon 22, for example by a conductive adhesive, for example a carbon paste 24.
  • FIG. 3 represents a first step of embodiment of an embodiment of a bioelectrode or other bioreactor.
  • the bioelectrode of FIGS. 2A-2B is masked, for example by placing on its active side a disk 30 of a polymer such as polycarbonate, and a chemical vapor deposition (CVD) of parylene is carried out. to form a conformal parylene layer 32 on all the surfaces not protected by the mask 30.
  • the parylene layer 32 having for example a thickness of 20 to 60 nm, covers in particular the surface of the conductive strip 22. It may have been masked at Beforehand, a part of this conductive ribbon is used to define contact zones, or the parylene layer is then pierced at the level where the contacts are to be arranged, the contacts being made for example by claws.
  • a thin sheet or parylene membrane having a thickness of 20 to 50 nm is manufactured by any known method and this nanoporous parylene membrane is made, for example, by bombarding heavy ions, for example calcium ions or lead at an energy of 5 to 30 MeV per unit area and a flux ranging from 10 ⁇ to 10 ⁇ ions per cm ⁇ .
  • the heavy ions come for example from a particle accelerator such as the Caen GANIL accelerator.
  • the membrane is made porous for example by the action of a plasma of 3 ⁇ 4 () releasing active oxygen atoms.
  • the duration of exposure is chosen according to the porosity that is sought, the pores having for example an average size of 1 to 10 nanometers in the case of a glucose stack.
  • a portion 40 of nanoporous membrane is placed on the active surface of the electrode and covers the non-porous parylene portion 32 to which it is attached to seal the device and make it completely biocompatible.
  • the attachment may be made by a biocompatible glue, for example a silicone glue or a cyanoacrylate type glue.
  • the invention is capable of numerous variants.
  • various types of pellet-shaped bioreactor elements or of another form, can be made.
  • the electrode conductor is not necessarily fixed by gluing to the rear face of a pellet, but may for example be inserted therein.

Abstract

The invention relates to a bioreactor obtained by compression of a mixture comprising an enzyme and a conductor, the inactive surfaces of the bioreactor being coated with impermeable parylene (32), and each active surface of the bioreactor being coated with a nano-porous membrane of parylene (40) glued along the periphery thereof.

Description

REACTEUR IMPLANTABLE BIOCCMPATIBLE  BIOCCMPATIBLE IMPLANTABLE REACTOR
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR14/55632 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description. The present patent application claims the priority of the French patent application FR14 / 55632 which will be considered as an integral part of the present description.
Domaine Field
La présente invention concerne un réacteur implantable in vivo, au niveau duquel est susceptible de se produire une réaction entre des éléments confinés dans ce réacteur et des composés présents dans l'organisme hôte. Cette réaction peut par exemple conduire à une déformation du réacteur, à la génération d'un potentiel électrique, ou à la transformation chimique du composé interagissant avec le réacteur.  The present invention relates to an implantable reactor in vivo, at which a reaction between elements confined in this reactor and compounds present in the host organism is likely to occur. This reaction may for example lead to a deformation of the reactor, to the generation of an electrical potential, or to the chemical transformation of the compound interacting with the reactor.
Un réacteur conduisant à la génération d'un potentiel électrique pourra constituer une électrode d'une biopile ou d'un biocapteur, de type à sucre-oxygène, par exemple à glucose- oxygène .  A reactor leading to the generation of an electric potential may constitute an electrode of a biopile or a biosensor, of the sugar-oxygen type, for example glucose-oxygen.
Un réacteur conduisant à la transformation chimique d'un composé interagissant avec le réacteur constituera par exemple un destructeur de glucose (glucose killer) en transformant par exemple du glucose en un composé qui sera éliminé par l'organisme.  A reactor leading to the chemical transformation of a compound interacting with the reactor will for example constitute a glucose killer, for example by transforming glucose into a compound that will be eliminated by the body.
Bien que l'invention et l'état de la technique soient décrits ici principalement dans le cas de bioélectrodes d'une biopile, on comprendra que l'invention s'applique de façon générale à tout réacteur implantable in vivo. Although the invention and the state of the art are described here mainly in the case of bioelectrodes of a biopile, it will be understood that the invention applies generally to any implantable reactor in vivo.
Exposé de l'art antérieur Presentation of the prior art
Divers types de biopiles à glucose-oxygène sont décrits dans l'art antérieur, par exemple dans la demande de brevet PCT/FR2009/050639 (B8606) . Dans ces biopiles connues, chaque électrode, anode et cathode, correspond à une enceinte contenant un milieu liquide dans lequel plonge un fil d'électrode. Les enceintes d'anode et de cathode sont délimitées par des membranes pouvant être traversées par les substrats et les produits de réaction ayant lieu au niveau des électrodes (le glucose et l'acide gluconique dans l'exemple donné ci-après), mais évitant la circulation d'autres éléments plus lourds.  Various types of glucose-oxygen biopiles are described in the prior art, for example in patent application PCT / FR2009 / 050639 (B8606). In these known biopiles, each electrode, anode and cathode, corresponds to an enclosure containing a liquid medium in which an electrode wire plunges. The anode and cathode enclosures are delimited by membranes which can be crossed by the substrates and the reaction products taking place at the level of the electrodes (glucose and gluconic acid in the example given below), but avoiding the circulation of other heavier elements.
L'anode comprend dans une solution une enzyme et un médiateur redox. L'enzyme est apte à catalyser l'oxydation du sucre et est par exemple choisie dans le groupe comprenant glucose-oxydase si le sucre est du glucose et lactose-oxydase si le sucre est du lactose. Le médiateur redox a un potentiel redox bas susceptible d'échanger des électrons avec l'enzyme d'anode et est par exemple choisi dans le groupe comprenant : ubiquinone (UQ) et ferrocène.  The anode comprises in a solution an enzyme and a redox mediator. The enzyme is capable of catalyzing the oxidation of sugar and is for example selected from the group comprising glucose oxidase if the sugar is glucose and lactose oxidase if the sugar is lactose. The redox mediator has a low redox potential capable of exchanging electrons with the anode enzyme and is for example selected from the group comprising: ubiquinone (UQ) and ferrocene.
La cathode comprend également dans une solution une enzyme et de préférence un médiateur redox. L'enzyme est apte à catalyser la réduction de l'oxygène et est par exemple choisie dans le groupe comprenant : polyphénol oxydase (PPO) , laccase et bilirubine oxydase. Le médiateur redox a un potentiel redox haut susceptible d'échanger des électrons avec l'enzyme de cathode et est par exemple choisi dans le groupe comprenant : hydroquinone (QH2) et 2, 2 ' -azinobis- (3-éthylbenzo-thiazoline-6-sulfonate) (ABTS ) .  The cathode also comprises in a solution an enzyme and preferably a redox mediator. The enzyme is capable of catalyzing the reduction of oxygen and is for example selected from the group comprising: polyphenol oxidase (PPO), laccase and bilirubin oxidase. The redox mediator has a high redox potential capable of exchanging electrons with the cathode enzyme and is for example chosen from the group comprising: hydroquinone (QH2) and 2,2'-azinobis- (3-ethylbenzo-thiazoline-6) -sulfonate) (ABTS).
Il se produit alors au niveau de l'anode et de la cathode des réactions du type suivant :  At the level of the anode and the cathode, reactions of the following type occur:
PPO  OPP
Cathode : QH2 + 1/2 02 Q + H20 Cathode: QH 2 + 1/2 0 2 Q + H 2 0
GOX  GOX
Anode : glucose + UQ gluconolactone + UQH2 Cathode : Q + 2H+ + 2e~→QH2 Anode: glucose + UQ gluconolactone + UQH2 Cathode: Q + 2H + + 2e ~ → QH 2
Anode : UQH2→UQ + 2H+ + 2e~ Anode: UQH 2 → UQ + 2H + + 2e ~
ces réactions étant données dans le cas particulier où le sucre est du glucose, l'enzyme d'anode est de la glucose-oxydase (GOX) , le médiateur redox d'anode est de l'ubiquinone (UQ) , l'enzyme de cathode est de la polyphénol oxydase (PPO) , et le médiateur redox de cathode est de la quinhydrone (QH2) . On obtient alors un potentiel d'anode de 20 mV et un potentiel de cathode de 250 mV, ce qui conduit à une différence de potentiel à courant nul de la biopile de 230 mV. these reactions being given in the particular case where the sugar is glucose, the anode enzyme is glucose oxidase (GOX), the redox anode mediator is ubiquinone (UQ), the enzyme of cathode is polyphenol oxidase (PPO), and the redox cathode mediator is quinhydrone (QH2). An anode potential of 20 mV and a cathode potential of 250 mV are then obtained, which leads to a zero current potential difference of the 230 mV biopile.
De telles biopiles fonctionnent convenablement mais, notamment en ce qui concerne la biopile décrite dans la demande de brevet PCT/FR2009/050639, nécessitent que des conducteurs d'anode et de cathode trempent dans des enceintes contenant des liquides appropriés, ce qui constitue un inconvénient pratique dans de nombreux cas et rend notamment très difficile sinon impossible d'implanter de telles biopiles dans un être vivant.  Such biopiles work well but, particularly with regard to the biopile described in patent application PCT / FR2009 / 050639, require that anode conductors and cathode dip in enclosures containing appropriate liquids, which is a drawback practice in many cases and makes it particularly difficult if not impossible to implant such biopiles in a living being.
En effet, on cherche à implanter de telles biopiles dans des êtres vivants, notamment pour alimenter divers actionneurs, tels que des stimulateurs cardiaques, des sphincters artificiels, ou même des coeurs artificiels.  Indeed, one seeks to implant such biopiles in living beings, in particular to feed various actuators, such as pacemakers, artificial sphincters, or even artificial hearts.
On a proposé des biopiles à électrodes solides. Toutefois, des biopiles utilisant de telles électrodes, notamment quand elles sont implantées dans un être vivant, ont présenté une faible durée de vie.  Solid electrode biopiles have been proposed. However, biopiles using such electrodes, especially when they are implanted in a living being, have had a short life.
Des biopiles à glucose oxygène implantables in vivo sont décrites notamment dans les demandes de brevets européens 2 375 481 et 2 606 527 de la demanderesse (B10272 et B10419) . Le contenu de ces demandes de brevets sera considéré ici comme connu et comme faisant partie intégrante de la présente description.  Oxygen glucose biocells implantable in vivo are described in particular in the European patent applications 2,375,481 and 2,606,527 of the applicant (B10272 and B10419). The contents of these patent applications will be considered here as known and as an integral part of the present description.
Dans ces demandes de brevets, il est proposé de fabriquer des pastilles d'anode et de cathode d'une biopile à partir d'une compression d'un conducteur tel que du graphite ou des nanotubes de carbone et d'une enzyme. La cathode et l'anode, ainsi que de préférence l'ensemble de l'anode et de la cathode, sont entourés d'une enceinte semi-perméable, par exemple du type utilisé en dialyse, pour laisser passer le glucose et l'oxygène et ne pas laisser passer les enzymes. Le matériau conducteur à partir duquel sont effectuées la compression d'anode et la compression de cathode est indiqué comme étant du graphite, un polymère conducteur ou des nanotubes de carbone. In these patent applications, it is proposed to manufacture anode and cathode pellets of a biopile from a compression of a conductor such as graphite or carbon nanotubes and an enzyme. Cathode and anode, and preferably all of the anode and the cathode, are surrounded by a semi-permeable enclosure, for example of the type used in dialysis, to let pass the glucose and oxygen and not let pass the enzymes. The conductive material from which anode compression and cathode compression is performed is indicated as being graphite, conductive polymer or carbon nanotubes.
La figure 1 ci- ointe reproduit la figure 2 de ce brevet antérieur. On y voit une pastille d'anode A et une pastille de cathode K solidaires respectivement de conducteurs 1 et 3. L'anode est entourée d'une membrane semi-perméable 11, la cathode d'une membrane semi-perméable 12 et l'ensemble est entouré d'une membrane semi-perméable 13.  Figure 1 below reproduces Figure 2 of this prior patent. It shows an anode pellet A and a cathode pellet K integral respectively conductors 1 and 3. The anode is surrounded by a semipermeable membrane 11, the cathode of a semipermeable membrane 12 and the together is surrounded by a semi-permeable membrane 13.
Des résultats expérimentaux in vivo satisfaisants ont été obtenus avec les électrodes de biopile décrites dans ce brevet.  Satisfactory in vivo experimental results have been obtained with the biopile electrodes described in this patent.
Il est toutefois souhaitable de simplifier le procédé d'enrobage de la biopile, de réduire la taille de l'implant final et d'améliorer au maximum la biocompatibilité de cette pile. Il en est de même pour les bioréacteurs tels que définis ci-dessus. Résumé  However, it is desirable to simplify the coating process of the biopile, reduce the size of the final implant and maximize the biocompatibility of this battery. It is the same for the bioreactors as defined above. summary
Ainsi, on prévoit ici un bioréacteur obtenu par compression d'un mélange comprenant une enzyme et un conducteur, les faces inactives de ce bioréacteur étant revêtues de parylène imperméable, chaque face active de ce bioréacteur étant recouverte d'une membrane nanoporeuse de parylène collée à la périphérie de celle-ci .  Thus, a bioreactor obtained by compression of a mixture comprising an enzyme and a conductor is provided here, the inactive faces of this bioreactor being coated with impermeable parylene, each active face of this bioreactor being covered with a nanoporous membrane of parylene bonded to the periphery of it.
Selon un mode de réalisation, le bioréacteur constitue une bioélectrode en forme de pastille comprenant une enzyme et un élément conducteur, dont une face avant constitue une face active, dans laquelle un ruban conducteur est collé par l'intermédiaire d'une colle conductrice à la face arrière de la pastille.  According to one embodiment, the bioreactor is a lozenge-shaped bioelectrode comprising an enzyme and a conductive element, a front face of which constitutes an active face, in which a conductive strip is bonded via a conductive adhesive to the back side of the pellet.
Selon un mode de réalisation, la membrane comprend des pores d'un diamètre moyen de l'ordre de 1 à 10 nanomètres .  According to one embodiment, the membrane comprises pores with an average diameter of the order of 1 to 10 nanometers.
Selon un mode de réalisation, la membrane a une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 nm. Selon un mode de réalisation, le parylène imperméable de revêtement a une épaisseur de 30 à 60 nm. According to one embodiment, the membrane has a thickness of the order of 20 to 50 nm. According to one embodiment, the impervious coating parylene has a thickness of 30 to 60 nm.
On prévoit aussi un procédé de fabrication d'un bioréacteur comprenant les étapes suivantes :  There is also provided a method of manufacturing a bioreactor comprising the following steps:
masquer une face active du bioréacteur,  hide an active side of the bioreactor,
procéder à un dépôt par voie chimique en phase vapeur de parylène sur les autres parties du bioréacteur,  proceed with a chemical vapor deposition of parylene on the other parts of the bioreactor,
enlever le masque, et  remove the mask, and
apposer une membrane nanoporeuse en parylène sur la face active du bioréacteur et la coller.  affix a nanoporous parylene membrane on the active side of the bioreactor and glue it.
On prévoit aussi un procédé de fabrication d'un bioréacteur comprenant les étapes suivantes :  There is also provided a method of manufacturing a bioreactor comprising the following steps:
apposer une membrane nanoporeuse sur une face active d'un bioréacteur,  affix a nanoporous membrane on an active side of a bioreactor,
protéger cette membrane par un masque, et  protect this membrane with a mask, and
procéder à un dépôt CVD de parylène non poreux sur toutes les autres faces du bioréacteur, ce dépôt CVD adhérant également sur une partie périphérique en débordement de la membrane nanoporeuse .  performing a non-porous CVD deposit of parylene on all other faces of the bioreactor, this CVD deposit also adhering to a peripheral portion in overflow of the nanoporous membrane.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :  These and other features and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limiting manner with reference to the accompanying drawings in which:
la figure 1 correspond à la figure 2 du brevet européen Figure 1 corresponds to Figure 2 of the European patent
EP 2 375 481 ; EP 2,375,481;
les figures 2A et 2B sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'une électrode de biopile ; et  Figures 2A and 2B are respectively a sectional view and a top view of a biopile electrode; and
les figures 3 et 4 sont des vues en coupe illustrant deux étapes d'un mode de réalisation d'une électrode de biopile. Figures 3 and 4 are sectional views illustrating two steps of an embodiment of a biopile electrode.
Description détaillée detailed description
Comme l'illustrent les figures 2A et 2B, une bioélec¬ trode, telle que l'électrode A ou K de la figure 1 se présente sous forme d'une pastille 20 ayant par exemple une forme circulaire en vue de dessus, un diamètre de 0,5 à 1 cm et une épaisseur de 0,5 à 2 mm. La face avant de cette électrode constitue sa face active. Sur la face arrière de la pastille 20 est fixé un ruban conducteur 22, par exemple par une colle conductrice, par exemple une pâte de carbone 24. As illustrated in Figures 2A and 2B, a bioélec ¬ trode, such as A or K of Figure 1 electrode is in the form of a pellet 20 having for example a circular shape in plan view, a diameter of 0.5 to 1 cm and one thickness from 0.5 to 2 mm. The front face of this electrode constitutes its active face. On the rear face of the pellet 20 is fixed a conductive ribbon 22, for example by a conductive adhesive, for example a carbon paste 24.
La figure 3 représente une première étape de réalisation d'un mode de réalisation d'une bioélectrode ou autre bioréacteur.  FIG. 3 represents a first step of embodiment of an embodiment of a bioelectrode or other bioreactor.
Tout d'abord, la bioélectrode des figures 2A-2B est masquée, par exemple en posant sur sa face active un disque 30 d'un polymère tel que du polycarbonate, et on procède à un dépôt chimique en phase vapeur (CVD) de parylène pour former une couche de parylène conforme 32 sur toutes les surfaces non protégées par le masque 30. La couche de parylène 32, ayant par exemple une épaisseur de 20 à 60 nm, recouvre notamment la surface du ruban conducteur 22. On pourra avoir masqué au préalable une partie de ce ruban conducteur pour définir des zones de contact ou bien on percera ensuite la couche de parylène au niveau où on veut disposer des contacts, les contacts étant effectués par exemple par des griffes .  Firstly, the bioelectrode of FIGS. 2A-2B is masked, for example by placing on its active side a disk 30 of a polymer such as polycarbonate, and a chemical vapor deposition (CVD) of parylene is carried out. to form a conformal parylene layer 32 on all the surfaces not protected by the mask 30. The parylene layer 32, having for example a thickness of 20 to 60 nm, covers in particular the surface of the conductive strip 22. It may have been masked at Beforehand, a part of this conductive ribbon is used to define contact zones, or the parylene layer is then pierced at the level where the contacts are to be arranged, the contacts being made for example by claws.
Par ailleurs, on fabrique une feuille mince ou membrane de parylène d'une épaisseur de 20 à 50 nm par tout procédé connu et on rend cette membrane de parylène nanoporeuse par exemple par un bombardement d'ions lourds, par exemple des ions de calcium ou de plomb sous une énergie de 5 à 30 MeV par unité de surface et un flux variant de 10^ à 10^ ions par cm^ . Les ions lourds proviennent par exemple d'un accélérateur de particules tel que l'accélérateur GANIL de Caen. Après ce bombardement, la membrane est rendue poreuse par exemple par action d'un plasma de ¾() libérant des atomes d'oxygène actif. La durée de l'exposition est choisie en fonction de la porosité que l'on recherche, les pores ayant par exemple une dimension moyenne de 1 à 10 nanomètres dans le cas d'une pile au glucose.  Furthermore, a thin sheet or parylene membrane having a thickness of 20 to 50 nm is manufactured by any known method and this nanoporous parylene membrane is made, for example, by bombarding heavy ions, for example calcium ions or lead at an energy of 5 to 30 MeV per unit area and a flux ranging from 10 ^ to 10 ^ ions per cm ^. The heavy ions come for example from a particle accelerator such as the Caen GANIL accelerator. After this bombardment, the membrane is made porous for example by the action of a plasma of ¾ () releasing active oxygen atoms. The duration of exposure is chosen according to the porosity that is sought, the pores having for example an average size of 1 to 10 nanometers in the case of a glucose stack.
Ensuite, comme l'illustre la figure 4, une portion 40 de membrane nanoporeuse est posée sur la surface active de l'électrode et recouvre la partie de parylène non poreuse 32 à laquelle elle est fixée pour sceller le dispositif et le rendre complètement biocompatible. La fixation peut être faite par une colle biocompatible par exemple une colle silicone ou une colle de type cyanoacrylate . Then, as illustrated in FIG. 4, a portion 40 of nanoporous membrane is placed on the active surface of the electrode and covers the non-porous parylene portion 32 to which it is attached to seal the device and make it completely biocompatible. The attachment may be made by a biocompatible glue, for example a silicone glue or a cyanoacrylate type glue.
Le procédé décrit ci-dessus ne constitue qu'un exemple de mode de réalisation possible.  The process described above is only one example of a possible embodiment.
On pourra également procéder dans l'ordre inverse, à savoir poser d'abord une membrane nanoporeuse de parylène sur la surface active de la biopile, masquer cette membrane par exemple par un disque de polycarbonate ou autre polymère, puis procéder au dépôt CVD conforme d'une couche non poreuse de parylène. Cette dernière étape rend l'ensemble du dispositif biocompatible et électroniquement isolé en évitant le collage décrit précédemment. Enfin, on retirera le masque posé sur le parylène non poreux pour obtenir un dispositif actif.  It will also be possible to proceed in the reverse order, namely to first lay a nanoporous membrane of parylene on the active surface of the biopile, mask this membrane for example by a polycarbonate disk or other polymer, then proceed to CVD deposition conforming to a non-porous layer of parylene. This last step makes the entire device biocompatible and electronically isolated by avoiding the bonding described above. Finally, remove the mask placed on the non-porous parylene to obtain an active device.
Enfin, il est également possible de déposer une couche conforme de parylène par CVD sur les électrodes puis de rendre la membrane de parylène poreuse par bombardement et gravure chimique, ce qui simplifie encore le procédé de fabrication.  Finally, it is also possible to deposit a conformal layer of CVD parylene on the electrodes and then make the porous membrane porous by bombardment and chemical etching, which further simplifies the manufacturing process.
Les procédés décrits ci-dessus permettent d'obtenir de façon simple un objet implantable parfaitement biocompatible avec un excellent rapport volume d' électrode/volume total. Des expériences effectuées par les inventeurs, dans lesquelles l'ensemble de la biopile est protégé par une membrane semi- perméable réalisée en acétate de cellulose ont un volume final multiplié par 3. Une biopile complètement entourée de parylène dont une partie est poreuse au-dessus de la surface active aura la même taille que les électrodes la constituant tout en lui conférant une solidité mécanique et une parfaite biocompatibilité. En effet, le film de parylène décrit ici permet, par ses propriétés mécaniques notamment sa flexibilité et son taux de gonflement adéquat, de conférer une stabilité mécanique à l'électrode en épousant la surface de la pastille après gonflement de celle-ci dans le liquide. Il confère une interface biocompatible au contact des tissus après implantation de la biopile. Il constitue une barrière efficace contre un éventuel relargage des constituants de l'électrode d'une part, et contre les molécules biologiques venant du liquide extra-cellulaire. Il est par exemple possible de limiter l'adhésion des protéines et des cellules sur du parylène C par un traitement plasma. The methods described above make it possible to obtain in a simple manner an implantable object that is perfectly biocompatible with an excellent ratio of electrode volume to total volume. Experiments carried out by the inventors, in which the entire biopile is protected by a semipermeable membrane made of cellulose acetate, have a final volume multiplied by 3. A biopile completely surrounded by parylene, a portion of which is porous above the active surface will be the same size as the electrodes constituting it while giving it mechanical strength and perfect biocompatibility. In fact, the parylene film described here makes it possible, by virtue of its mechanical properties, in particular its flexibility and its adequate swelling ratio, to confer mechanical stability on the electrode by marrying the surface of the pellet after swelling thereof in the liquid. . It confers a biocompatible interface to the tissue contact after implantation of the biopile. It constitutes an effective barrier against a possible release of constituents of the electrode on the one hand, and against the biological molecules coming from the extra-cellular liquid. For example, it is possible to limit the adhesion of proteins and cells to parylene C by plasma treatment.
Bien que l'invention et l'état de la technique soient décrits ici principalement dans le cas d'une bioélectrode, on comprendra que l'invention s'applique de façon générale à tout bioréacteur implantable in vivo, tel que défini en tête de la présente description. Dans certains cas, les éléments constitutifs du bioréacteur ne contiendront pas d'élément conducteur.  Although the invention and the state of the art are described here mainly in the case of a bioelectrode, it will be understood that the invention applies generally to any implantable bioreactor in vivo, as defined at the beginning of the this description. In some cases, the constituent elements of the bioreactor will not contain a conductive element.
L'invention est susceptible de nombreuses variantes. Notamment, divers types d'éléments de bioréacteurs en forme de pastille, ou d'une autre forme, peuvent être réalisés. Dans le cas d'une bioélectrode, le conducteur d'électrode n'est pas nécessairement fixé par collage à la face arrière d'une pastille, mais peut par exemple être inséré dans celle-ci.  The invention is capable of numerous variants. In particular, various types of pellet-shaped bioreactor elements, or of another form, can be made. In the case of a bioelectrode, the electrode conductor is not necessarily fixed by gluing to the rear face of a pellet, but may for example be inserted therein.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bioréacteur obtenu par compression d'un mélange comprenant une enzyme et un conducteur, les faces inactives de ce bioréacteur étant revêtues de parylène imperméable (32), chaque face active de ce bioréacteur étant recouverte d'une membrane nanoporeuse de parylène (40) collée à la périphérie de celle-ci. Bioreactor obtained by compression of a mixture comprising an enzyme and a conductor, the inactive faces of this bioreactor being coated with impermeable parylene (32), each active face of this bioreactor being covered with a nanoporous membrane of parylene (40) glued to the periphery of it.
2. Bioréacteur selon la revendication 1, constituant une bioélectrode en forme de pastille (20) comprenant une enzyme et un élément conducteur, dont une face avant constitue une face active, dans laquelle un ruban conducteur (22) est collé par l'intermédiaire d'une colle conductrice (24) à la face arrière de la pastille.  2. Bioreactor according to claim 1, constituting a lozenge-shaped bioelectrode (20) comprising an enzyme and a conductive element, a front face of which constitutes an active face, in which a conductive strip (22) is bonded via a conductive adhesive (24) at the rear face of the pellet.
3. Bioréacteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la membrane (40) comprend des pores d'un diamètre moyen de l'ordre de 1 à 10 nanomètres .  3. Bioreactor according to claim 1 or 2, wherein the membrane (40) comprises pores with an average diameter of the order of 1 to 10 nanometers.
4. Bioréacteur selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 3, dans lequel la membrane (40) a une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 nm. 4. A bioreactor according to any one of revendica ¬ tions 1 to 3, wherein the membrane (40) has a thickness of the order of 20 to 50 nm.
5. Bioréacteur selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 4, dans lequel le parylène imperméable de revêtement (32) a une épaisseur de 30 à 60 nm. 5. A bioreactor according to any one of revendica ¬ tions 1 to 4, wherein the impervious coating parylene (32) has a thickness of 30 to 60 nm.
6. Procédé de fabrication d'un bioréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes :  6. A method of manufacturing a bioreactor according to any one of claims 1 to 5, comprising the following steps:
masquer une face active du bioréacteur,  hide an active side of the bioreactor,
procéder à un dépôt par voie chimique en phase vapeur de parylène sur les autres parties du bioréacteur,  proceed with a chemical vapor deposition of parylene on the other parts of the bioreactor,
enlever le masque, et  remove the mask, and
apposer une membrane nanoporeuse en parylène sur la face active du bioréacteur et la coller.  affix a nanoporous parylene membrane on the active side of the bioreactor and glue it.
7. Procédé de fabrication d'une membrane poreuse pour un bioréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes :  A method of manufacturing a porous membrane for a bioreactor according to any one of claims 1 to 5, comprising the steps of:
apposer une membrane nanoporeuse sur une face active d'un bioréacteur, protéger cette membrane par un masque, et procéder à un dépôt CVD de parylène non poreux sur toutes les autres faces du bioréacteur, ce dépôt CVD adhérant également sur une partie périphérique en débordement de la membrane nanoporeuse . affix a nanoporous membrane on an active side of a bioreactor, protect this membrane by a mask, and proceed to a non-porous CVD deposition on all other faces of the bioreactor, this CVD deposit also adhering to a peripheral portion in overflow of the nanoporous membrane.
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