une, Une image illustrative d'un processus d'écriture laser direct en trois dimensions typique. Une seconde femoto plus tard a été étroitement focalisée dans un matériau photosensible (hydrogel dans notre cas). b, Résultat de la fabrication de la microstructure du tas de bois 3D. La structure du tas de bois a été imagée en mode réfléchissant dans un microscope confocal Nikon, et la fonction 3D et la résolution sub-micrométrique ont été clairement démontrées. c, Fabrication et caractérisation d'une microstructure à effet mémoire de forme sensible à l'eau. Lorsque le microenvironnement est rempli d'eau, la microstructure va gonfler en octogones en raison de sa propriété mécanique. Lorsque la teneur en eau de l'environnement diminue (s'évapore), les octogones se rétréciront en carrés. Grâce à la robustesse du matériau, ce processus d'effet mémoire de forme peut être inversé plusieurs fois à l'échelle micrométrique. Crédits :Haoyi Yu, Haibo Ding, Qiming Zhang, Zhongze Gu, et Min Gu
La fabrication d'échafaudages d'hydrogel à mémoire de forme nécessite non seulement une biocompatibilité, résolution micrométrique, haute résistance mécanique, mais nécessite également un seuil de polymérisation bas dans un environnement à haute teneur en eau pour incorporer des microstructures aux tissus biologiques. Vers cet objectif, des scientifiques de Chine et d'Australie ont développé une nouvelle formule d'hydrogel qui remplit pleinement cet objectif et a démontré des structures sensibles à l'eau avec un effet de mémoire de forme à l'échelle micrométrique. Ce travail est important pour le développement de futurs microdispositifs réversibles en génie biomédical.
L'écriture laser directe (DLW) tridimensionnelle (3D) basée sur la polymérisation à deux photons (TPP) est une technologie de pointe pour la fabrication de micro- et nanostructures d'hydrogel précises en 3D pour des applications en génie biomédical. Particulièrement, l'utilisation de lasers visibles pour la DLW 3-D des hydrogels est avantageuse car elle permet une haute résolution de fabrication et favorise la cicatrisation des plaies. Le diacrylate de polyéthylène glycol (PEGda) a été largement utilisé dans la fabrication de TPP en raison de sa haute biocompatibilité. Cependant, la puissance laser élevée requise dans le DLW 3-D des microstructures de PEGda utilisant un laser visible dans un environnement à forte teneur en eau limite ses applications à celles qui sont inférieures au niveau de sécurité de la puissance laser biologique.
Dans un nouvel article publié dans Fabrication de pointe légère , une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Min Gu du Center for Artificial-Intelligence Nanophotonics, Université de Shanghai pour la science et la technologie, et le State Key Laboratory of Bioelectronics, Université du Sud-Est, Chine, et des collaborateurs du Laboratoire d'Intelligence Artificielle Nanophotonique, Université RMIT, Australie, ont développé une formule pour un hydrogel TPP à base de 2-hydroxy-2-méthylpropiophénone (HMPP) et PEGda a été développé pour la fabrication de microstructures 3-D DLW à une faible puissance de seuil (0,1 nJ par impulsion laser à une vitesse d'écriture de 10 m·s -1 ) dans un environnement à haute teneur en eau (jusqu'à 79 %) à l'aide d'un faisceau laser vert (535 nm).
Sur la base de ces propriétés exceptionnelles de cette formule d'hydrogel, une nouvelle microstructure à mémoire de forme « octogones en carrés » a été conçue et fabriquée dans un environnement à forte teneur en eau. En raison de l'effet réactif de l'hydrogel à l'eau, la microstructure peut changer de forme avec le changement de teneur en eau dans le micro-environnement. Outre, la microstructure a également démontré une réversibilité très robuste. La formule d'hydrogel et la microstructure à mémoire de forme peuvent prendre en charge divers types d'applications en génie biomédical. Ces scientifiques résument le principe sur lequel le nouveau matériau photosensible est développé :
"Le PEGda est un matériau hydrogel très typique et a été largement utilisé dans de nombreuses applications en génie biomédical, en raison de sa biocompatibilité élevée et de sa non-toxicité pour les tissus biologiques. Le photo-initiateur :la 2-hydroxy-2-méthylpropiophénone (HMPP) est un type de photo-initiateur très couramment utilisé pour la lithographie en lumière ultraviolette à photon unique, mais n'a pas été utilisé pour les sources de lumière visible (verte) dans le TPP basé sur 3- D DLW. Nous avons choisi ce matériau car il peut répondre aux besoins des futurs DLW 3D :résolution de fabrication submicrométrique; forte stabilité mécanique; rapport de polymérisation élevé dans un environnement à haute teneur en eau, ce qui réduira la puissance de seuil laser nécessaire à la fabrication du TPP ; et prend en charge la longueur d'onde de la lumière visible comme source laser de travail."
"Le matériau présenté peut être utilisé pour fabriquer diverses microstructures à l'aide d'un DLW 3-D avec une faible puissance. Et il sera utilisé dans un large éventail de scénarios d'application, par exemple, nous pouvons fabriquer sur place des microstructures avec du tissu biologique, puis contrôler les formes de la microstructure en utilisant l'effet de mémoire de forme. Cette percée pourrait ouvrir une nouvelle voie pour de futures microstructures réversibles dans le contrôle des tissus biologiques et constituerait une plate-forme utile pour les scientifiques pour étudier les comportements et les fonctions des tissus biologiques", ont prédit les scientifiques.
