Les ingénieurs de Cambridge ont démontré pour la première fois l'impression numérique à jet d'encre et l'auto-organisation de microgouttelettes sur des surfaces fluides pour créer des structures de matériaux fonctionnels.

Ces gouttes imprimées sont naturellement piégées à la surface du fluide. C'est à ce stade qu'ils sont capturés lorsque le fluide se solidifie autour des gouttes en un film polymère solide. Inspiré par les motifs de condensation qui se forment sur les surfaces, cette méthode révolutionnaire facile à fabriquer ouvre la voie à l'extension des applications futures dans la découverte de médicaments et la délivrance de médicaments personnalisés imprimés.

L'équipe de recherche Fluids in Advanced Manufacturing de l'Institute for Manufacturing (IfM), partie du département d'ingénierie, envisagent d'utiliser les gouttes comme tubes à essai à micro-échelle pour les réactions. Ils espèrent que les millions de gouttes, capable de s'adapter sur une petite surface, peut être utilisé pour accélérer les réactions de découverte de médicaments. L'équipe étudiera cette question plus en détail dans le cadre d'un travail financé par le BBSRC—Conseil de recherche en biotechnologie et sciences biologiques. Par ailleurs, l'équipe explore l'utilisation de la capture et de la libération des gouttelettes pour un traitement personnalisé des plaies. En étroite collaboration avec le BBSRC Impact Acceleration Account et la spin-out de l'Université de Cambridge, LIFNano Rx Limited, qui utilise la biologie quantique pour capturer les propriétés curatives du facteur de croissance des cellules souches "LIF", l'équipe envisage des produits imprimés susceptibles de transformer la cicatrisation des plaies.

Les films polymères à pores ajustables sont essentiels lorsqu'il s'agit de concevoir des applications telles que la libération contrôlée de médicaments. Un exemple comprend la délivrance d'un dosage combiné personnalisé via un patch ou un film soluble placé sur la langue. Maintenant, les chercheurs ont combiné cette technique d'impression avancée avec les principes d'une méthode inspirée de la nature, pour fournir un moyen manufacturable de fournir une fonctionnalité aux films polymères poreux. Les résultats de l'étude sont publiés dans les revues Materials Horizons et International Journal of Pharmaceutics.

Des modèles naturels de condensation d'eau que l'on voit tous les jours sur des surfaces solides, et qui ont été étudiés par Lord Rayleigh en 1911, sont souvent appelées « figures de respiration (BF) ». Depuis les années 1990, on savait que ces BF pouvaient se présenter sous forme de gouttelettes d'eau à l'échelle du micron sur une surface fluide, avec la capacité de s'auto-organiser et de s'imprimer dans une structure polymère microporeuse permanente. Inspiré par cela, l'équipe de recherche de Cambridge a utilisé l'impression jet d'encre à la demande (DoD) pour contrôler la taille des gouttes, son contenu et son emplacement à la surface du fluide. Par rapport à la méthode BF, ce nouveau procédé offre une stabilité améliorée, avec un excellent contrôle du volume et de la structure des pores, et permet une fabrication rapide de fonctionnels, films polymères structurés, rendre les applications réalisables et évolutives.

Le processus d'impression à jet d'encre est hautement programmable, avec la taille des gouttelettes et le motif des gouttelettes délivrées au substrat facilement contrôlés. Le contenu des gouttes peut être formulé pour contenir une large gamme de matériaux fonctionnels tout en imprimant de manière fiable. Cela peut inclure l'impression pharmaceutique et biologique. Chaque goutte est en grande partie immergée et piégée dans le fluide, mais avec une petite ouverture vers l'extérieur. Dans la première demande, pour la découverte de médicaments, cela permet aux gouttes suivantes d'être ajoutées et mélangées avec des gouttes déjà en surface, comme s'il s'agissait de microtubes à essai. Dans la deuxième demande, cette petite ouverture permet de libérer la matière par diffusion. Cela a permis aux chercheurs Dr Qingxin Zhang et Dr Niamh Willis-Fox d'examiner chaque étape du processus :impression, capturer et relâcher. Dr Clare Conboy, de Printed Electronics Ltd., a également contribué avec une expertise et des mesures du comportement des fluides lorsqu'ils commencent à se solidifier et à piéger les gouttelettes.

Afin d'améliorer la précision de positionnement des gouttes, l'auto-organisation a été explorée comme moyen de rapprocher les gouttelettes. Il s'agit d'un moyen très fiable et reproductible d'assurer un emballage des gouttelettes presque parfait et l'équipe a montré comment capturer les gouttes dans des matrices carrées ou sous la forme d'une structure hexagonale en nid d'abeille.

Dr Ronan Daly, maître de conférences en science et technologie de la fabrication, a déclaré : « Ce niveau de contrôle et d'ordre n'a jamais été atteint avec les techniques alternatives d'auto-organisation des gouttelettes de Breath Figure. Nous avons également permis une évolution vers plus sûre, fabrication plus respectueuse de l'environnement de ces structures. Le résultat est une technique peu coûteuse et personnalisable qui est devenue considérablement plus reproductible et ajustable, et qui ouvre la voie à une traduction rapide vers des applications combinant des techniques d'administration de médicaments et de découverte de médicaments. »

Dr Su Metcalfe, PDG de LIFNanoRx, a déclaré : « Les pouvoirs combinés de la livraison personnalisée imprimée avec la biologie quantique de la biomimétique, apporter une nouvelle ère de thérapies durables et universelles à faible coût et à haute valeur. »