Des pieuvres microscopiques issues d'une imprimante 3D
Des polymères intelligents nouvellement développés ont des propriétés "proches de la vie".
Bien qu'ils ne soient que de mignonnes petites créatures 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 perspectives 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 "proches de la réalité" ont été développées dans le cadre du pôle d'excellence "3D Matter Made to Order" (3DMM2O), une collaboration entre Ruperto Carola et l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT).
Des polymères intelligents aux propriétés "proches de la vie" : grâce à des liaisons chimiques dynamiques, les structures 3D micrométriques peuvent être multipliées par huit en quelques heures et durcir. Échelle : 20 micromètres (µm).
© Christoph Spiegel (Heidelberg University). Adapted from Y. Jia et. al, Adv. Funct. Mater. 2022, 2207826 (CC BY 4.0)
"La fabrication de matériaux programmables dont les propriétés mécaniques peuvent être adaptées à la demande est très recherchée pour de nombreuses applications", déclare la professeure junior 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. Les polymères à mémoire de forme - des matériaux intelligents capables de reprendre leur forme initiale à partir d'un état déformé en réponse à un stimulus externe tel que la température - constituent un exemple important de matériaux destinés à l'impression 4D.
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 professeur Joachim Spatz, biophysicien, scientifique chez 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 l'échelle macro et micro. Les structures produites comprennent des microarchitectures en forme de boîte dont les couvercles se ferment en réponse à la chaleur et peuvent ensuite être rouverts. "Ces minuscules structures présentent des propriétés de mémoire de forme inhabituelles à de faibles températures d'activation, ce qui est extrêmement intéressant pour les bioapplications", explique Christoph Spiegel, chercheur doctoral 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, telles que des geckos, des pieuvres et même des tournesols aux propriétés "vivantes". Ces matériaux sont basés sur des liaisons chimiques dynamiques. Les chercheurs de Heidelberg indiquent que les alcoxyamines sont particulièrement adaptées à cet usage. Après le processus d'impression, ces liaisons dynamiques permettent aux structures complexes et micrométriques d'être multipliées par huit en quelques heures seulement et de durcir, tout en conservant leur forme. "Les encres conventionnelles n'offrent pas de telles caractéristiques", 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.
Des spécialistes des matériaux de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont également participé aux recherches sur les matériaux adaptables aux propriétés "vivantes". La Fondation allemande pour la recherche et la Fondation Carl Zeiss ont financé les travaux, qui ont été réalisés dans le cadre du pôle d'excellence 3DMM2O. Les résultats ont été publiés dans deux articles de la revue "Advanced Functional Materials".
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.
Publication originale
C.A. Spiegel, M. Hackner, V.P. Bothe, J.P. Spatz, E. Blasco: 4D Printing of Shape Memory Polymers: From Macro to Micro. Advanced Functional Materials (6 February 2022).
Y. Jia, C.A. Spiegel, A. Welle, S. Heißler, E. Sedghamiz, M. Liu, W. Wenzel, M. Hackner, J.P. Spatz, M. Tsotsalas, E. Blasco: Covalent Adaptable Microstructures via Combining Two-Photon Laser Printing and Alkoxyamine Chemistry: Toward Living 3D Microstructures. Advanced Functional Materials (22 September 2022).
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