Leur but ultime est de fournir aux chercheurs un meilleur accès à l’impression 3D micro/nanométrique et de permettre aux patients de bénéficier de meilleurs diagnostics et traitements

Il est amusant de voir quels outils peuvent être utilisés pour créer ou améliorer les technologies d’impression 3D. Nous venons d’apprendre que les chercheurs du DTU ont piraté  la Xbox 360, la deuxième console de jeu vidéo commercialisée par Microsoft, pour développer une imprimante 3D médicale à l’échelle micro.

En utilisant un composant de cette console produite en série, les chercheurs de cette université danoise ont voulu donner aux scientifiques et aux amateurs un meilleur accès à l’impression 3D micro/nanométrique. Dans ce cas, le composant utilisé dans la Xbox 360 a été utilisé pour remplacer les optiques conventionnelles coûteuses dans les équipements de recherche.

« Avec notre imprimante 3D qui peut imprimer des objets 3D à l’échelle micro et nanométrique, nous sommes en mesure de passer d’une résolution d’impression de dizaines de micromètres à des centaines de nanomètres sans avoir recours à des composants spécialisés coûteux. Et nous nous retrouvons également avec une imprimante 3D à l’échelle nanométrique plus simple et plus compacte que les autres systèmes de stéréolithographie », explique Tien-Jen Chang, doctorante.

Comme vous pouvez le lire, la nouvelle imprimante 3D est basée sur la SLA et ses capacités visent à améliorer diverses applications dans le secteur de la santé.

L’OPU HD-DVD a été extrait d’une Xbox 360 pour la conception de la nouvelle imprimante 3D basée sur un système de SLA inversé. L’OPU transmet un laser de 405 nanomètres focalisé à l’intérieur de la cuve en photopolymère, tandis qu’un contrôleur intégré est relié à un pilote d’OPU personnalisé et à un pilote moteur pour réguler l’intensité et la longueur d’onde du laser. Les chercheurs expliquent que le pilote moteur contrôle les étages linéaires de l’axe XY et de l’axe Z avec des résolutions de 312,5 nm et 62,5 nm respectivement, tandis que le contrôleur fournit des informations à un ordinateur afin de lancer le processus d’impression.

Fig. 1 : Disques numériques polyvalents haute définition (HD DVD), unité de captage optique (OPU) pour l’impression 3D par photopolymérisation.
Photographie d’un OPU de DVD HD depuis une vue de dessus et une vue de dessous (les flèches violettes et rouges indiquent le chemin optique du laser de 405 nm et de 650/780 nm, respectivement). c Module optique intrinsèque, capteurs et actionneurs. 1 : diode laser de 405 nm, 2 : diode laser de 650/780 nm, 3 : réseau de diffraction, 4 : diviseur de faisceau en cube dichroïque, 5 : diviseur de faisceau, 6 : miroir à repli, 7 : lentille de collimation, 8 : lentille d’objectif, 9 : couche protectrice, 10 : couche de données du disque CD/DVD/HD-DVD, 11 : bobine, 12 : aimant, 13 : lentille d’expansion et 14 : circuit intégré de photodiode (PDIC). (La ligne violette représente un laser de 405 nm, tandis que la ligne rouge représente un laser de 650/780 nm. La ligne en pointillés indique la transformation de la direction de vue entre le panneau XY et le panneau XZ).

La principale différence avec les imprimantes 3D SLA conventionnelles est qu’elles nécessitent des capteurs externes pour l’impression, le nivellement du substrat et l’obtention d’une impression de haute précision. D’autre part, cette technologie nouvellement développée utilise directement les capteurs intégrés pour déterminer la distance entre le point focal et la surface du substrat à une résolution à l’échelle nanométrique. Selon les chercheurs, cela signifie que les capteurs s’adapteraient facilement à la surface du substrat, au plan focal de l’OPU et à la platine d’inclinaison, tandis qu’un moteur à bobine mobile ajuste la lentille de l’objectif pour mesurer l’épaisseur du photopolymère.

Fig. 2 : Imprimante 3D développée en utilisant des disques numériques polyvalents (HD DVD) haute définition et une unité de prélèvement optique (OPU) comme module optique de base en focalisant un faisceau laser de 405 nm de longueur d’onde pour durcir le photopolymère dans la cuve.
– a Mécanisme de l’imprimante avec conception stéréolithographique inversée (STL) et diagramme du système de contrôle. b Diagramme détaillé du chemin optique. c Photographie du système pendant l’impression (la barre d’échelle représente 2 cm). d Diagramme de basculement du substrat (X′ et Y′ représentent respectivement le basculement du substrat sur l’axe X et l’axe Y). e Diagrammes d’initialisation de la position verticale et de translation de l’objectif. f Diagramme du processus d’impression de structures solides couche par couche. Ces diagrammes sont illustratifs et ne reflètent pas les échelles réelles.

« L’objectif initial de la mise au point de notre propre imprimante 3D était de pouvoir imprimer un volume de centimètres cubes avec une résolution à l’échelle micro/nanométrique pour le développement de nos médicaments en micro-conteneurs. Et nous n’avons pas trouvé de système d’impression 3D sur le marché qui puisse faire cela. Nous avons donc dû fabriquer notre propre imprimante. En plus d’imprimer nos micro-conteneurs d’un diamètre d’un cheveu humain (100~300 micromètres) pour un développement plus efficace de l’administration orale de médicaments, ce système peut également être utilisé pour imprimer des aiguilles indolores à microéchelle à utiliser sur des timbres cutanés afin d’accélérer le développement de l’administration transdermique de médicaments. Une autre possibilité consiste à l’utiliser pour imprimer des structures 3D pour l’environnement de culture cellulaire afin de réaliser des études plus précises sur les tests de dépistage de drogues ex vivo. Et un dernier exemple est d’imprimer des micro-dispositifs biocompatibles avec des surfaces nanostructurées qui tuent les bactéries », explique le professeur associé En Te Hwu.

Nous sommes encore très loin de la commercialisation, mais l’équipe qui a travaillé sur le projet prévoit maintenant de fonder sa spin-out avec cette nouvelle imprimante 3D comme produit phare.

Les résultats de la recherche sont publiés dans  Communications Physics.

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