Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont développé une nouvelle méthode d'impression 3D de gels et d'autres matériaux souples. Publié dans un nouveau journal, il a le potentiel de créer des structures complexes avec une précision à l'échelle nanométrique. Parce que de nombreux gels sont compatibles avec les cellules vivantes, la nouvelle méthode pourrait relancer la production de petits dispositifs médicaux souples tels que des systèmes d'administration de médicaments ou des électrodes flexibles pouvant être insérées dans le corps humain.

Une imprimante 3D standard crée des structures solides en créant des feuilles de matériau - généralement en plastique ou en caoutchouc - et en les construisant couche par couche, comme une lasagne, jusqu'à ce que l'objet entier soit créé.

Utiliser une imprimante 3D pour fabriquer un objet en gel est "un peu plus un processus de cuisson délicat, " a déclaré Andrei Kolmakov, chercheur au NIST. Dans la méthode standard, la chambre de l'imprimante 3D est remplie d'une soupe de polymères à longue chaîne - de longs groupes de molécules liés ensemble - dissous dans l'eau. Ensuite, des « épices » sont ajoutées, des molécules spéciales sensibles à la lumière. Lorsque la lumière de l'imprimante 3D active ces molécules spéciales, ils cousent ensemble les chaînes de polymères de manière à former une structure en forme de toile duveteuse. Cet échafaudage, encore entouré d'eau liquide, est le gel.

Typiquement, les imprimantes gel 3-D modernes ont utilisé la lumière laser ultraviolette ou visible pour initier la formation de l'échafaudage de gel. Cependant, Kolmakov et ses collègues ont concentré leur attention sur une technique d'impression 3D différente pour fabriquer des gels, à l'aide de faisceaux d'électrons ou de rayons X. Parce que ces types de rayonnement ont une énergie plus élevée, ou longueur d'onde plus courte, que la lumière ultraviolette et visible, ces faisceaux peuvent être focalisés plus étroitement et donc produire des gels avec des détails structurels plus fins. Un tel détail est exactement ce qui est nécessaire pour l'ingénierie tissulaire et de nombreuses autres applications médicales et biologiques. Les électrons et les rayons X offrent un deuxième avantage :ils ne nécessitent pas un ensemble spécial de molécules pour initier la formation de gels.

Mais à l'heure actuelle, les sources de ce bien focalisé, les rayonnements à courte longueur d'onde (microscopes électroniques à balayage et microscopes à rayons X) ne peuvent fonctionner que dans le vide. C'est un problème car dans le vide, le liquide dans chaque chambre s'évapore au lieu de former un gel.

Kolmakov et ses collègues du NIST et de l'Elettra Sincrotrone Trieste, en Italie, a résolu le problème et a démontré l'impression 3D sur gel dans les liquides en plaçant une barrière ultrafine - une fine feuille de nitrure de silicium - entre le vide et la chambre à liquide. La feuille mince protège le liquide de l'évaporation (comme elle le ferait normalement sous vide) mais permet aux rayons X et aux électrons de pénétrer dans le liquide. La méthode a permis à l'équipe d'utiliser l'approche d'impression 3D pour créer des gels avec des structures aussi petites que 100 nanomètres (nm) - environ 1, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. En affinant leur méthode, les chercheurs s'attendent à imprimer des structures sur les gels aussi petites que 50 nm, la taille d'un petit virus.

Certaines futures structures réalisées avec cette approche pourraient inclure des électrodes injectables flexibles pour surveiller l'activité cérébrale, biocapteurs pour la détection de virus, micro-robots souples, et des structures qui peuvent imiter et interagir avec les cellules vivantes et fournir un milieu pour leur croissance.

"Nous apportons de nouveaux outils—faisceaux d'électrons et rayons X opérant dans les liquides—dans l'impression 3D de matériaux souples, " a déclaré Kolmakov. Lui et ses collaborateurs ont décrit leur travail dans un article publié en ligne le 16 septembre dans ACS Nano .

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.