La polymérisation à deux photons permet de fabriquer des micro-pièces pour les besoins de la microfluidique notamment. Fabricant français de micro-imprimantes 3D à base de lasers picoseconde, Microlight3D a publié un livre blanc décrivant des applications de recherche étonnantes. En voici un extrait.

Le livre blanc dont est extrait cet article a été rédigé par Philippe Paliard, co-fondateur de Microlight3D et ingénieur applications senior.

Rappelons que la technologie de Microlight3D permet d’imprimer des microstructures 3D avec une résolution inférieure à 0,2 µm, soit une taille minimale d’écriture cent fois inférieure à celle des imprimantes 3D conventionnelles.

Les microstructures imprimées par ces machines laser peuvent s’insérer dans les canaux micro-fluidiques. Les chercheurs ont ainsi exploré de nouvelles techniques utilisant les capacités d’impression 3D de micro-objets.

Des mélangeurs, nageurs et capteurs à l'échelle du micron

A partir de 2015 et 2017, les équipes de recherche du Professeur Chih-Lang Lin à l’Université Scientifique et Technologique de Taiwan et de Philippe Marmottant, chercheur au CNRS à l’Université Grenoble-Alpes, ont cherché à mélanger des fluides à l’intérieur des canaux micro-fluidiques.

Le professeur Lin a réussi à imprimer une vis d’Archimède à l’intérieur d’un canal de 60 µm de large en polydimethylsiloxane (PDMS), pour créer un micro-mélangeur passif.

Illustration schématique de la vis d’Archimède dans le canal, et le mécanisme du mélange (crédit Microlight3D).

De son côté, Philippe Marmottant a imaginé des micro-capsules qui se transforment en micro-mélangeurs actifs dans un canal microfluidique, sous l’impulsion d’ondes acoustiques. Il conduit le projet européen ERC "Bubbleboost", qui cherche à étudier la propagation des micro-bulles dans les canaux micro-fluidiques. Son équipe a imprimé des capsules de seulement 20 µm de diamètre, permettant d'emprisonner une bulle d’air quand elles sont plongées dans un fluide. En envoyant une onde acoustique dans le canal, l’interface air/liquide à l’entrée de la capsule se met à osciller, ce qui crée un courant et génère un mélange efficace du fluide.

Ces microcapsules peuvent également être détachées du substrat auquel elles sont fixées pour créer des micro-nageurs, capables de se déplacer dans le canal grâce aux ondes acoustiques. Un tel micro-nageur pourrait transporter un médicament vers un organe précis, sans en atteindre d’autres. Les traitements seraient alors plus efficaces, tout en diminuant le risque d’effets indésirables.

L’équipe du Professeur Lin a également utilisé la micro-impression 3D pour créer un outil, semblable à un vantail de moins de 20 µm de haut, permettant une mesure directe du courant dans un canal microfluidique. Une tige-ressort qui retient la structure autour de sa position d’équilibre mesure moins de 0,6 µm de large ! Le curseur est déplacé par le fluide tout en étant ramené par le ressort. Cet équilibre indique ainsi la vitesse du courant.

Inclinaison du dispositif en fonction de la vitesse du courant (crédit Microlight3D).

Des nano-maisons pour capturer des bactéries… et créer un courant

Encore plus étonnant : l'équipe du Dr Hepeng Zhang à l’Université Jiao Tong de Shanghai a imprimé en 3D des nano-maisons pour bactéries e-coli dans un matériau bio-compatible. Piégées dans ces structures, les bactéries génèrent alors un déplacement de fluide avec le mouvement de leur flagelle.

La disposition de plusieurs de ces maisons suivant différentes formes a permis de produire des courants linéaires, circulaires ou spiralaires générés par le bio-moteur ainsi réalisé.

Déplacement (en vert) de billes de silice de diamètre 2 µm produit par des bactéries confinées en nano-maisons suivant une ligne, un carré, ou une spirale (crédit Microlight3D).

Avec la commercialisation de la technologie innovante de Microlight3D, l’impression 3D de pièces microniques ouvre de nouvelles perspectives excitantes pour la science de demain.

Le livre blanc dont est extrait cet article peut être consulté en suivant ce lien.

www.microlight.fr