Introduit pour la première fois dans les années 1980, La stéréolithographie (SL) est un procédé de fabrication additive qui imprime des objets 3D par durcissement sélectif de résine polymère liquide à l'aide d'une source de lumière ultraviolette (UV) couche par couche. Le polymère utilisé subit une réaction photochimique qui le transforme de liquide en solide lorsqu'il est exposé à un éclairage UV. Aujourd'hui, SL est présenté comme l'une des formes d'impression 3D les plus précises accessibles aux consommateurs, avec des modèles de bureau (par exemple, variantes d'affichage à cristaux liquides) coûtant aussi peu que 300 USD.

SL est une option intéressante pour les chercheurs dans le domaine de la microfluidique. Non seulement il a la capacité de fabriquer des dispositifs microfluidiques en une seule étape à partir d'un modèle généré par ordinateur, mais il permet également la fabrication de structures véritablement 3D qui auraient autrement été difficiles, sinon impossible, avec les approches de fabrication existantes.

Cependant, lors de l'utilisation d'imprimantes SL dans l'impression de canaux microfluidiques, deux problèmes représentatifs se posent. Premièrement, une polymérisation accidentelle de la résine non durcie dans le vide du canal peut se produire. Pendant l'impression, la résine liquide est piégée dans le vide du canal. L'éclairage des couches suivantes peut durcir par inadvertance la résine liquide piégée, ce qui entraînera un colmatage du canal.

Deuxièmement, dans le cas où la polymérisation accidentelle de la résine ne se produit pas, l'évacuation de la résine piégée dans le vide du canal peut encore être un défi. C'est parce que la résine liquide existante est visqueuse (c'est-à-dire, consistance comme du miel), rendant difficile l'évacuation de canaux étroits ou de réseaux à branches multiples. Ces deux défis limitent la possibilité d'atteindre les dimensions et la complexité des canaux dans les réseaux fluidiques imprimés par SL.

Pour faire face à ces limites, des chercheurs de l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) en collaboration avec le groupe de recherche du professeur assistant Toh Yi-Chin de l'Université nationale de Singapour, a développé une approche de conception qui peut améliorer les dimensions de canal réalisables et la complexité des réseaux avec SL existant (voir l'image).

"La manière conventionnelle d'imprimer des dispositifs microfluidiques avec des imprimantes SL consiste à imprimer l'ensemble du dispositif en tant qu'entité monolithique. Cependant, des problèmes tels que la polymérisation accidentelle du vide du canal et la difficulté à évacuer le vide du canal découlent de l'impression en tant qu'entité monolithique, " a expliqué le chercheur principal, le professeur adjoint Michinao Hashimoto du développement de produits d'ingénierie, SUTD.

Au lieu, les chercheurs ont adopté une approche de modularisation - où ils ont spatialement déconstruit un canal microfluidique en sous-unités plus simples, les imprimés séparément, et les a ensuite assemblés pour former des réseaux microfluidiques. En appliquant cette approche, ils étaient capables d'imprimer des réseaux microfluidiques avec une plus grande complexité (comme la ramification hiérarchique) et des dimensions de canaux plus petites.

"Intentionnellement, chaque sous-unité est spatialement déconstruite pour avoir des géométries simples qui n'entraîneraient pas de polymérisation par inadvertance. Les géométries simples ont également facilité l'évacuation de la résine crue, " a déclaré l'auteur principal Terry Ching, un étudiant diplômé de SUTD.

L'équipe a pu fabriquer une gamme de réseaux fluidiques difficiles à imprimer à l'aide de méthodes conventionnelles. Leur démonstration comprend des réseaux de branchement hiérarchiques, réseaux en treillis rectilignes, réseaux hélicoïdaux, etc. Ils ont également pu démontrer l'efficacité de leur approche en montrant une amélioration substantielle des dimensions du canal (c'est-à-dire, canal w =75 m et h =90 m) par rapport à l'utilisation de l'approche d'impression « monolithique » conventionnelle.

Un cas d'utilisation évident est l'application de cette approche pour fabriquer des réseaux fluidiques à l'aide d'hydrogel pour imiter la vascularisation native. À ce jour, la variété des hydrogels imprimables SL est limitée, et ils manquent souvent des propriétés mécaniques nécessaires à une empreinte précise ou de la biocompatibilité requise pour l'incorporation de cellules vivantes. En simplifiant les géométries de chaque sous-unité, l'équipe a utilisé de l'hydrogel pour fabriquer des réseaux fluidiques complexes, imitant la vascularisation native.

« La simplification des géométries des sous-unités permet également de réduire l'utilisation d'additifs pouvant être nocifs pour les cellules biologiques, " a ajouté Ching.

En tout, il s'agit d'une approche de conception générale qui peut contourner certains des plus grands défis de la microfluidique imprimée SL - en appliquant cette approche, les imprimantes SL existantes peuvent désormais fabriquer des microfluidiques avec des dimensions de canaux plus fines, et plus de complexités ramifiées. Ce document de recherche a été publié dans Matériaux d'ingénierie avancés .