Nouvelle encre de support à usage général pour imprimantes 3D
A partir de fibres de cellulose et de nanoparticules biodégradables, des chercheurs de l'ETH ont fabriqué un gel qui se liquéfie lorsqu'il est pressé à travers la buse d'une imprimante 3D. Il retrouve ensuite rapidement sa forme. Cette invention ouvre la voie à des implants personnalisés.
De même que la médecine a évolué ces dernières années vers une médecine de précision - c'est-à-dire vers un traitement individualisé et adapté au patrimoine génétique de chaque patient -, la science et l'ingénierie des matériaux s'intéressent de plus en plus aux biomatériaux de précision. Ces implants personnalisés sont encore de la musique d'avenir. "Mais pour l'instant, nous faisons de grands pas vers cet objectif - et nous apprenons beaucoup", explique Mark Tibbitt, professeur d'ingénierie macromoléculaire au Département de génie mécanique et des procédés de l'ETH Zurich.
Le problème du dentifrice
Jusqu'à présent, le domaine de recherche sur les biomatériaux de précision souffrait du fait que pour chaque application, il fallait également développer une nouvelle encre pour l'imprimante 3D. "Celui qui voulait reproduire une partie d'un ?il ne pouvait pas s'appuyer sur les travaux de personnes qui con?oivent par exemple des prothèses de pavillon auriculaire", explique Tibbitt. Mais aujourd'hui, lui et son équipe ont inventé une encre porteuse universelle à usage général qui "simplifie de manière spectaculaire" le développement de nouvelles applications, comme l'écrivent les chercheurs dans leur article spécialisé.
En principe, le travail avec l'imprimante 3D présuppose la résolution d'un problème que l'on peut appeler familièrement le problème du dentifrice : Le contenu du tube de dentifrice ne doit pas être trop visqueux, car il serait alors impossible de le faire passer par l'ouverture étroite, mais il ne doit pas non plus être trop liquide, car il s'égoutterait alors immédiatement de la brosse à dents. Pour l'impression 3D également, il est important que l'encre porteuse puisse se liquéfier pour pouvoir passer par la buse d'impression. de s'écouler. Et qu'elle se solidifie ensuite pour que la structure imprimée ne se désagrège pas tout de suite.
Réseau temporaire
L'encre porteuse à usage général que l'équipe de Tibbitt vient de mettre au point répond à ces exigences. Elle se compose de fibres de cellulose dissoutes dans l'eau, combinées à des nanoparticules polymères biodégradables. Sans pression extérieure, les fibres se fixent sur les particules. Il se forme ainsi un réseau éphémère qui se dissout dans la buse sous pression en raison des grandes forces de cisaillement - mais qui se reforme rapidement après avoir traversé l'ouverture étroite.
Dans le cadre d'autres essais, les chercheurs autour de Tibbitt ont ajouté à leur nouvelle encre porteuse différents polymères (par exemple de l'acide hyaluronique, de la gélatine, du collagène ou du fibrinogène). Ces polymères dits secondaires n'ont pas modifié le comportement d'écoulement à travers la tête de la buse d'impression, mais ont permis aux chercheurs de consolider le réseau éphémère dans la structure imprimée lors d'une deuxième étape ultérieure.
Nouveau type d'administration de médicaments
L'équipe de Tibbitt a également testé le comportement des cellules vivantes dans l'encre porteuse - et a constaté que le même nombre de cellules survivent dans l'encre qu'à l'extérieur. Le fait que des substances hydrophobes puissent être introduites dans les nanoparticules - et que des substances hydrophiles puissent être ajoutées dans la phase aqueuse contenant les fibres de cellulose - montre aux chercheurs que leur encre convient également au développement de nouveaux systèmes d'administration de médicaments. Et peut donc être qualifiée sans exagération d'encre support à tout faire pour l'impression 3D.
Référence bibliographique
Guzzi EA, Bovone G, Tibbitt MW : Plateforme universelle d'encre nanocarrier pour la fabrication additive de biomatériaux. Small, vol. 15 : no. 51, pp. 1905421, 2019. page externeDOI : 10.1002/smll.201905421