Les additifs antimicrobiens constituent une piste de développement pour certains filaments d’impression 3D. Cette contribution d’Addmaster présente leurs mécanismes et leurs usages potentiels. Une activité mesurée sur un matériau ne démontre toutefois ni une protection sanitaire des utilisateurs, ni l’efficacité de tous les objets imprimés avec ce matériau.
Le résultat dépend de l’additif, du polymère, de la concentration, de la surface imprimée et des conditions d’exposition. Les objets doivent être évalués dans leur configuration finale ; le traitement ne remplace pas le nettoyage adapté à l’usage.
Des additifs peuvent être incorporés au polymère lors de la fabrication du filament pour limiter l’activité de certains micro-organismes sur la matière. Les organismes ciblés et les conditions d’efficacité doivent être précisés par les essais.
Les mécanismes d’action possibles
Les mécanismes par lesquels les additifs antimicrobiens fonctionnent peuvent varier, mais ils impliquent généralement un ou plusieurs des processus suivants :
- Perturbation des membranes cellulaires : Certains additifs antimicrobiens peuvent perturber les membranes cellulaires des micro-organismes. Cette perturbation peut entraîner la fuite de composants cellulaires essentiels et, en fin de compte, la mort de la cellule.
- Interférence avec les voies métaboliques : Certains additifs antimicrobiens peuvent interférer avec des voies métaboliques cruciales au sein des micro-organismes, les empêchant de remplir des fonctions essentielles et entravant leur croissance et leur reproduction.
- Génération d’espèces réactives de l’oxygène : Les additifs antimicrobiens peuvent générer des espèces réactives de l’oxygène (ERO), telles que le peroxyde d’hydrogène ou l’oxygène singulet, qui peuvent endommager les composants cellulaires et entraîner un stress oxydatif, tuant finalement les micro-organismes.
- Inhibition de l’activité enzymatique : Les additifs antimicrobiens peuvent également inhiber l’activité des enzymes essentielles à la croissance et à la survie des micro-organismes, interrompant ainsi leurs processus métaboliques.
Le choix de l’additif antimicrobien et de son mécanisme d’action dépend largement de l’application prévue, des micro-organismes ciblés et du niveau d’efficacité antimicrobienne souhaité.
Les formulations à base d’argent font partie des options étudiées. Une activité contre une bactérie dans un essai donné ne prouve pas une efficacité contre tous les champignons ou virus, ni une réduction des infections chez les utilisateurs.
Incorporation d’additifs antimicrobiens dans les filaments d’impression 3D
Le processus d’incorporation d’additifs antimicrobiens dans les filaments d’impression 3D se déroule généralement au cours de l’étape de fabrication du filament. Les additifs antimicrobiens sont ajoutés au matériau polymère de base, qui est ensuite extrudé sous forme de filament à l’aide d’un équipement spécialisé.
L’incorporation d’additifs antimicrobiens peut être réalisée par différentes méthodes, notamment :
- Mélange à l’état fondu : Dans ce processus, l’additif antimicrobien est mélangé à la résine polymère à l’état fondu, afin de rechercher une dispersion uniforme dans le matériau. Le mélange fondu est ensuite extrudé sous forme de filament.
- Techniques à base de solvant : Pour les polymères solubles dans des solvants spécifiques, l’additif antimicrobien peut être dissous ou dispersé dans le solvant avec le polymère. La solution ou la dispersion obtenue est ensuite extrudée ou coulée sous forme de filament, puis le solvant est éliminé.
- Polymérisation in situ : Dans cette méthode, l’additif antimicrobien est incorporé au cours du processus de polymérisation du polymère lui-même, avec pour objectif une distribution homogène dans la matrice du polymère.
Le choix de la méthode d’incorporation dépend de plusieurs facteurs. Ceux-ci comprennent la compatibilité de l’additif antimicrobien avec le polymère, la concentration et la distribution souhaitées de l’additif et les conditions de traitement requises pour l’extrusion du filament.
Il est essentiel d’assurer une bonne dispersion et distribution de l’additif antimicrobien dans le filament pour obtenir une efficacité antimicrobienne optimale dans le produit final imprimé en 3D. En outre, la concentration de l’additif doit être soigneusement contrôlée. L’objectif est de trouver un équilibre entre la performance antimicrobienne et les impacts potentiels sur les propriétés mécaniques et physiques de l’objet imprimé.
Applications industrielles et niveau de preuve
Les surfaces fréquemment touchées dans les transports, les équipements ou les lieux de soins peuvent constituer des pistes de recherche. Une réduction mesurée de micro-organismes en laboratoire doit être distinguée d’un bénéfice dans les conditions réelles d’utilisation.
Aéronautique et espace
La version initiale de cette contribution évoquait des tablettes et accoudoirs imprimés avec un filament à l’argent dans un projet Airbus–ESA. Aucune référence primaire confirmant ce cas précis, ses essais et ses résultats n’a été retrouvée lors de la relecture ; il n’est donc pas retenu comme application démontrée.
À titre distinct, l’expérience Biofilms de l’ESA étudie le comportement de bactéries sur des surfaces métalliques en environnement spatial. Elle ne valide pas le cas de filament imprimé décrit précédemment. Les exigences aéronautiques de résistance au feu, de compatibilité et de durabilité restent à examiner pour chaque pièce.
Automobile et autres transports
Des pièces intérieures fréquemment touchées pourraient être étudiées, notamment dans la mobilité partagée. La tenue au vieillissement, au nettoyage et à l’abrasion doit être vérifiée. Un additif ne garantit à lui seul ni l’hygiène des occupants, ni la conformité d’un composant.
Évaluation et cadre réglementaire
La qualification dépend de l’usage prévu, des revendications et du marché. ISO 22196 mesure une activité antibactérienne sur des plastiques et d’autres surfaces non poreuses traitées. Un résultat selon cette méthode n’est pas une certification générale d’efficacité clinique, antivirale ou alimentaire.
Aux États-Unis, la FDA évalue les dispositifs médicaux finis, plutôt qu’un matériau autorisé pour tous les usages. En Europe, le règlement sur les dispositifs médicaux s’applique ; le rôle de l’EMA concerne certaines situations spécifiques et ne correspond pas à une approbation générale de tous les dispositifs.
Pour les articles traités aux États-Unis, l’exemption EPA vise la protection de l’article lui-même, sous conditions. Elle ne permet pas de revendiquer automatiquement une protection de la santé des utilisateurs. Dans l’Union européenne, le cadre des articles traités impose notamment de vérifier les substances actives, l’usage autorisé et les obligations d’étiquetage applicables.
Les usages aéronautiques, médicaux et au contact des aliments demandent des évaluations propres au produit fini. Un résultat antimicrobien ne dispense pas de démontrer la sécurité, la compatibilité et les performances requises.
Pistes de développement
Les équipements alimentaires, agricoles et les éléments de construction constituent des pistes évoquées par Addmaster. Leur intérêt doit être établi par des essais adaptés, en tenant compte de la libération de substances, du vieillissement, de l’exposition et de la fin de vie. La sécurité alimentaire ou une durée de conservation prolongée ne peuvent être déduites de la seule présence d’un additif.
La collaboration entre formulateurs, fabricants et laboratoires peut aider à comparer les résultats selon des protocoles documentés. Il est utile de préciser le matériau témoin, les organismes testés, la durée de contact et les conditions de surface, puis de vérifier leur pertinence pour l’utilisation envisagée.
Conclusion
Les filaments antimicrobiens nécessitent une évaluation du matériau et de la pièce imprimée. Une prépublication expérimentale de 2024, non évaluée par les pairs dans cette version sur des matériaux d’impression 3D rappelle l’importance de tester les produits dans leurs conditions d’usage. Les bénéfices attendus doivent rester proportionnés aux résultats disponibles.
Cet article a été rédigé par Addmaster. Il a été initialement publié dans le numéro de juillet/août 2024 de 3D ADEPT Mag.
Contribution relue et précisée par la rédaction pour cette version.
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