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Grâce aux caractéristiques géométriques, structurelles et mécaniques particulières de la trompe, on peut imprimer des lignes d'une largeur de 20 microns, ce qui est un peu plus petit qu'un globule blanc et environ deux fois plus fin que ce que peuvent produire les buses d'impression actuellement sur le marché.
Image d'illustration Pixabay
Les chercheurs ont baptisé "nécro-impression 3D" ce procédé pour lequel une microstructure biologique non vivante est utilisée directement comme outil d'impression 3D. Parmi les applications potentielles, pensons à la production de minuscules échafaudages pour la croissance cellulaire ou l'ingénierie tissulaire, l'impression de gels chargés de cellules, ainsi que le transfert d'objets microscopiques tels que des puces à semi-conducteurs.
"Pour l'impression 3D haute résolution et la microdistribution, on a besoin de buses ultrafines, généralement fabriquées à partir de métal ou de verre spécialisé", explique Jianyu Li, coauteur de l'étude, professeur agrégé à l'Université McGill et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en réparation et régénération des tissus. "Ces buses sont coûteuses et difficiles à fabriquer, elles présentent des risques pour la santé et elles génèrent des déchets."
"Les trompes de moustiques nous permettent d'imprimer des structures extrêmement petites et précises qui sont difficiles ou très coûteuses à produire avec des outils classiques. Comme les buses biologiques sont biodégradables, nous pouvons réutiliser des matériaux qui seraient autrement jetés", ajoute Changhong Cao, coauteur de l'étude, professeur adjoint à l'Université McGill et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et la fabrication de pointe à petite échelle au Département de génie mécanique.
L'étude a été menée par Justin Puma, étudiant aux cycles supérieurs à l'Université McGill. Justin avait déjà participé à une étude sur l'utilisation d'une trompe de moustique à des fins biomimétiques, qui a jeté les bases de cette recherche.
Biodégradable et réutilisable
Pour mettre au point les buses, l'équipe a examiné des micro-buses fabriquées à partir d'insectes et déterminé que la trompe du moustique - une minuscule micro-aiguille d'une largeur équivalente à environ la moitié d'un cheveu humain - était le meilleur choix. Les trompes ont été prélevées sur des moustiques euthanasiés provenant de colonies de laboratoire approuvées sur le plan éthique et utilisées pour la recherche biologique à l'Université Drexel, une institution partenaire.
Sous microscope, les chercheurs ont soigneusement retiré le tube d'alimentation du moustique. Ils ont ensuite fixé cette aiguille biologique à l'embout d'un distributeur en plastique standard à l'aide d'un peu de résine. Ils ont caractérisé la géométrie et la résistance mécanique des embouts et mesuré leur tolérance à la pression, puis ils ont intégré les embouts à un dispositif d'impression 3D sur mesure.
Une fois connectée, la trompe devient l'orifice par lequel l'imprimante 3D fait sortir le matériau. Les chercheurs ont réussi à imprimer des structures complexes en haute résolution, notamment une structure en nid d'abeille, une feuille d'érable et des bio-échafaudages contenant des cellules cancéreuses et des globules rouges.
L'idée d'utiliser des matériaux biotiques dans la fabrication de pointe a été inspirée par les recherches en nécrobotique menées à l'Université Rice. Alors qu'il effectuait de la recherche sur les micro-buses, Cao discutait également avec Megan Creighton et Ali Afify, chercheurs à l'Université Drexel, d'un autre projet lié aux moustiques. Ces conversations ont conduit l'équipe à explorer les trompes pour l'impression 3D.
"Les progrès réalisés dans le domaine de la bio-impression aident les chercheurs médicaux à développer des approches thérapeutiques uniques. En cherchant à améliorer la technologie, nous devons également nous efforcer d'innover", a déclaré Megan Creighton, coauteure de l'étude et professeure adjointe en génie chimique et biologique.
"Nous avons découvert que la trompe du moustique pouvait supporter des cycles d'impression répétés tant que les pressions restaient dans des limites sûres. Manipulée et nettoyée correctement, une buse peut être réutilisée plusieurs fois", précise le professeur Cao.
"Grâce à l'utilisation de matériaux biotiques comme substituts viables aux composants techniques complexes, ces travaux ouvrent la voie à des solutions durables et innovantes dans le domaine de la fabrication avancée et de la micro-ingénierie", conclut le professeur Li.
L'Ă©tude
L'article "3D Necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing", par Justin Puma, Megan Creighton, Ali Afify, Jianyu Li, Changhong Cao et coll., a été publié dans Science Advances.
La recherche a été financée par le fonds Nouvelles frontières en recherche - volet Exploration, le Programme de subventions à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), le Programme Soutien à la recherche pour la relève professorale du Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FRQNT), le Fonds des leaders John-R.-Evans de la Fondation canadienne pour l'innovation, le Programme des chaires de recherche du Canada et une subvention NOVA - FRQNT-CRSNG.