Pieuvres microscopiques d’une imprimante 3D

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Bien que de petites créatures mignonnes à première vue, les geckos et pieuvres microscopiques fabriqués par impression laser 3D dans les laboratoires d’ingénierie moléculaire de l’Université de Heidelberg pourraient ouvrir de nouvelles opportunités dans des domaines tels que la microrobotique ou la biomédecine. Les microstructures imprimées sont fabriquées à partir de nouveaux matériaux – appelés polymères intelligents – dont la taille et les propriétés mécaniques peuvent être ajustées à la demande et avec une grande précision. Ces microstructures 3D « réalistes » ont été développées dans le cadre du pôle d’excellence « 3D Matter Made to Order » (3DMM2O), une collaboration entre Ruperto Carola et le Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

« La fabrication de matériaux programmables dont les propriétés mécaniques peuvent être adaptées à la demande est fortement souhaitée pour de nombreuses applications », déclare le professeur junior Dr Eva Blasco, chef de groupe à l’Institut de chimie organique et à l’Institut d’ingénierie des systèmes moléculaires et des matériaux avancés de l’Université de Heidelberg. Ce concept est connu sous le nom d’impression 4D, et la quatrième dimension supplémentaire fait référence à la capacité des objets imprimés en trois dimensions à modifier leurs propriétés au fil du temps. Un exemple frappant de matériaux pour l’impression 4D sont les polymères à mémoire de forme – des matériaux intelligents qui peuvent reprendre leur forme d’origine à partir d’un état déformé en réponse à un stimulus externe tel que la température.

L’équipe dirigée par le professeur Blasco a récemment présenté l’un des premiers exemples de polymères à mémoire de forme imprimés en 3D à l’échelle microscopique. En coopération avec le groupe de travail du biophysicien Prof. Dr Joachim Spatz, scientifique à Ruperto Carola et directeur de l’Institut Max Planck pour la recherche médicale, les chercheurs ont développé un nouveau matériau à mémoire de forme qui peut être imprimé en 3D avec une haute résolution à la fois au niveau macro et à l’échelle microscopique. Les structures produites comprennent des microarchitectures en forme de boîte dont les couvercles se ferment sous l’effet de la chaleur et peuvent ensuite être rouverts. « Ces minuscules structures présentent des propriétés de mémoire de forme inhabituelles à basse température d’activation, ce qui est extrêmement intéressant pour les bioapplications », explique Christoph Spiegel, doctorant dans le groupe de travail d’Eva Blasco.

En utilisant des matériaux adaptatifs, les chercheurs ont réussi dans une étude de suivi à produire des microstructures 3D beaucoup plus complexes comme des geckos, des pieuvres et même des tournesols aux propriétés « réalistes ». Ces matériaux sont basés sur des liaisons chimiques dynamiques. Les chercheurs de Heidelberg rapportent que les alcoxyamines sont particulièrement adaptées à cette fin. Après le processus d’impression, ces liaisons dynamiques permettent aux structures micrométriques complexes de se multiplier par huit en quelques heures et de durcir, tout en conservant leur forme. « Les encres conventionnelles n’offrent pas de telles fonctionnalités », souligne le professeur Blasco. « Les matériaux adaptatifs contenant des liaisons dynamiques ont un bel avenir dans le domaine de l’impression 3D », ajoute le chimiste.

Les scientifiques des matériaux de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont également participé à la recherche sur les matériaux adaptables aux propriétés « réalistes ». La Fondation allemande pour la recherche et la Fondation Carl Zeiss ont financé les travaux, qui ont été menés dans le cadre du cluster d’excellence 3DMM2O. Les résultats ont été publiés dans deux articles de la revue Matériaux fonctionnels avancés.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université de Heidelberg. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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