La mesure par des microcapteurs de la dose d’ondes radiofréquence reçue par les cellules vivantes, ainsi que l’étude de leur impact constituent une recherche d’avenir de par leurs enjeux technologiques, environnementaux et de santé publique. Les applications biomédicales sont révolutionnaires, en particulier l’implant de capteurs dans l’organisme humain pour recueillir des informations et assurer un suivi clinique et thérapeutique des patients à distance. À la rencontre de la physique et de la biologie, ces travaux sont développés par l’Institut FEMTO-ST, en collaboration avec l’IFR 133.

Les ondes émises par les téléphones portables sont-elles dangereuses pour le cerveau ? À cette question d’actualité, les résultats des travaux commandés par l’OMS viennent d’être rendus publics et n’apportent aucune certitude. Des études environnementales ont été réalisées (cf. en direct n° 228, janvier – février 2010), mais l’impact des ondes électromagnétiques sur le fonctionnement des cellules vivantes, et nerveuses en particulier, est très peu étudié. En mettant au point des microcapteurs capables de mesurer précisément la quantité d’ondes reçues par des cellules vivantes, les chercheurs du département MN2S — Micro- nanosciences et systèmes — de l’Institut FEMTO-ST disposeront de l’instrumentation la plus performante pour donner des éléments de réponse inédits et fiables aux questions que se pose à juste titre le public exposé à ces ondes. C’est là qu’intervient l’expertise de l’IFR 133 — Ingénierie et biologie cellulaire et tissulaire — fédérant des structures de recherche de l’université de Franche-Comté, de l’INSERM et du CHU de Besançon, et plus précisément de l’équipe Différenciation et structuration du proencéphale du Dr Pierre-Yves Risold. Internationalement reconnus pour leur compétence dans le domaine de l’intégrité et du fonctionnement cérébral, les chercheurs et ingénieurs de l’IFR 133 étudieront les éventuelles modifications des fonctions cognitives (mémorisation, apprentissage…) induites par les champs électromagnétiques.

Ce travail bénéficie d’un financement sur trois ans de l’ANR — Agence nationale de la recherche —, en partenariat avec FRANCE TELECOM. Un montant d’environ 300 000 € est alloué à l’équipe de FEMTO-ST pour la conception et la réalisation des microcapteurs.

Quelle est la réponse des cellules  du système nerveux central soumises aux champs électromagnétiques ?

De l’ordre du dixième de millimètre, ces capteurs sont des microantennes. Ils seront placés à proximité immédiate de cellules cérébrales de rats mises en culture.

En premier lieu, des neurones de fœtus de rat seront exposés pendant 1 à 10 jours à des ondes électromagnétiques RF (radiofréquences de la téléphonie mobile, 2GHz). Durant cette période, des mesures de croissance, de prolifération, de différenciation cellulaire et de mortalité seront effectuées.

Dans un second temps, ce sont des tissus nerveux provenant de jeunes rats qui seront mis en culture. Capables de continuer leur développement et d’établir des connexions nerveuses normales, ces tissus, eux aussi soumis aux ondes RF pendant 1 à 10 jours, sont ceux de l’hippocampe, une zone cérébrale directement impliquée dans l’acquisition de la mémoire, particulièrement sensible au manque d’oxygène, aux produits toxiques et aux maladies neurodégénératives comme celle d’Alzheimer.

Placés au contact du tissu, les microcapteurs mesurent la quantité d’ondes RF reçues par les cellules étudiées, de manière précise et reproductible. La puissance de 2 W/kg correspond à la limite supérieure des normes acceptées pour un téléphone mobile en Europe, elle sera portée à 6 W/kg pour évaluer les conséquences d’une « surexposition ». Les effets physiologiques de ces ondes seront étudiés : les cellules sont-elles affectées ? Leurs connexions, l’organisation du tissu nerveux et de la fonction cérébrale sont-elles modifiées ?… L’expérience est menée dans un incubateur spécialement adapté en termes de température, d’humidité, d’isolation RF, relié à des systèmes électroniques d’émission des ondes RF et d’analyse des données. Ces équipements représentent un investissement de 35 000 €, financé par la Région Franche-Comté. 

Des microcapteurs pour des mesures biologiques chez l’être humain

Les microcapteurs ont un avenir immense dans leurs applications biomédicales, la recherche et leur développement sont fortement encouragés par l’OMS et la Commission européenne. Pour ces institutions, l’essor de la télésurveillance et de la télémédecine sont des objectifs prioritaires.

Structure d'une microantenne, taille totale 100 microns

D’ici cinq ans, des capteurs d’une dimension inférieure à 1 millimètre seront conçus pour être implantés dans l’organisme humain. Ils seront à même de déterminer la pression artérielle ou veineuse, le taux de glucose, d’urée ou d’acidité, une teneur en minéraux… Enrobés d’une pellicule de Parylène®, un revêtement polymère biocompatible, résistant à la corrosion et aux solutions salines, les capteurs seront parfaitement tolérés par l’organisme.

Ces perspectives promettent le suivi de patients à domicile, après une hospitalisation, une opération ou lors d’un traitement, et par là même augurent de véritables bouleversements en matière de gestion des soins médicaux.

Dans un premier temps, les microantennes placées dans les capteurs amplifieront et émettront un signal relayé par système filaire ou fibre optique. À terme, l’idée est d’intégrer toute l’électronique dans le capteur pour disposer de microantennes parfaitement autonomes, fonctionnant sans fil. Le microcapteur pourrait alors détecter, amplifier et enfin transmettre un signal émis par l’antenne par radiofréquence, acoustique ou luminescence. Cette solution totalement intégrée présenterait en outre l’avantage, en limitant les connexions, de réduire des causes possibles de perturbation du signal, de plus les puissances émises sont très faibles et inoffensives. Quel que soit le type de capteur choisi, les informations ainsi que les signaux d’alerte seront analysés et transmis directement aux services compétents d’un hôpital, d’un service d’urgence… Une utilisation clinique envisagée à l’horizon 2020-2025.