impression laser 3D avec des bioinks issus de microalgues
Des chercheurs de Heidelberg développent avec succès une nouvelle génération de matériaux biocompatibles pour la fabrication additive
Les microalgues telles que la diatomée Odontella aurita et l'algue verte Tetraselmis striata sont particulièrement adaptées en tant que "biofactories" pour la production de matériaux durables pour l'impression laser 3D en raison de leur teneur élevée en lipides et en pigments photoactifs. Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Eva Blasco, scientifique à l'Institut d'ingénierie des systèmes moléculaires et des matériaux avancés (IMSEAM) de l'université de Heidelberg, a réussi pour la première fois à fabriquer des encres pour l'impression de microstructures 3D biocompatibles complexes à partir des matières premières extraites des microalgues. Les matériaux à base de microalgues pourraient être utilisés à l'avenir comme base d'implants ou d'échafaudages pour les cultures cellulaires en 3D.
Parmi les techniques de fabrication additive, l'impression laser 3D à deux photons offre des avantages particuliers pour la fabrication à l'échelle micro et nanométrique. Grâce à sa résolution remarquable, elle trouve des applications dans de nombreux domaines, notamment l'optique et la photonique, la microfluidique et la biomédecine. Le processus consiste à focaliser un faisceau laser sur une résine liquide photoréactive, appelée "encre". Au point focal, la lumière laser active des molécules spéciales appelées photo-initiateurs et déclenche une réaction chimique qui entraîne la solidification locale de l'encre.
Jusqu'à présent, les polymères d'origine pétrochimique ont été principalement utilisés comme encres pour ce processus d'impression laser 3D de haute précision. Cependant, ces polymères contribuent à l'épuisement des combustibles fossiles et à l'émission de gaz à effet de serre et peuvent également contenir des composants toxiques, comme le souligne le professeur Blasco. Les microalgues conviennent particulièrement bien comme "biofactories" pour la production de matériaux durables pour l'impression 3D en raison de leur taux de croissance rapide, de la fixation du CO2 pendant la culture et de leur biocompatibilité. "Malgré leurs avantages, les microalgues n'ont guère été considérées comme des matières premières pour l'impression 3D à la lumière", explique le professeur Blasco, dont le groupe mène des recherches à l'interface de la chimie macromoléculaire, de la science des matériaux et de la nanofabrication 3D.
L'équipe de recherche a réussi pour la première fois à extraire des microalgues des matériaux biocompatibles pour l'impression laser 3D à haute résolution. Pour leurs expériences, les chercheurs ont sélectionné deux espèces - la diatomée Odontella aurita et l'algue verte Tetraselmis striata - qui contiennent des niveaux particulièrement élevés de lipides sous forme de triglycérides. L'équipe a extrait les triglycérides et les a fonctionnalisés avec des acrylates pour faciliter le durcissement rapide sous irradiation lumineuse. Les pigments verts photoactifs présents dans les microalgues se sont révélés être des photo-initiateurs appropriés. Exposés à la lumière, ils déclenchent la réaction chimique qui solidifie l'encre en une structure tridimensionnelle. "Nous évitons ainsi d'utiliser des additifs potentiellement toxiques comme les photo-initiateurs utilisés dans les encres conventionnelles", explique le premier auteur, Clara Vazquez-Martel, candidate au doctorat dans l'équipe de recherche d'Eva Blasco à l'IMSEAM.
En utilisant le nouveau système d'encre, les chercheurs ont pu produire différentes microstructures 3D avec une grande précision, présentant des caractéristiques complexes telles que des toits en surplomb et des cavités. À l'aide d'expériences de culture cellulaire, les chercheurs ont également étudié la biocompatibilité des encres à base de microalgues. Ils ont préparé des microscopes en 3D sur lesquels les cellules ont été cultivées pendant environ 24 heures. Ils ont observé un taux de survie de près de 100 %. "Nos résultats ouvrent de nouvelles possibilités non seulement pour une impression 3D plus durable avec la lumière, mais aussi pour des applications dans le domaine des sciences de la vie - des cultures cellulaires 3D aux implants biocompatibles", déclare le professeur Blasco.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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