Reproduire la vascularisation du cerveau grâce à l’impression 3D silicone
A l’université de Floride, une équipe de chercheurs tente de reproduire des vaisseaux sanguins précis du cerveau grâce à l’impression 3D silicone. Pour ce faire, ils ont développé un procédé baptisé AMULIT, ou additive manufacturing at ultra-low interfacial tension en anglais : cette approche consiste à imprimer du silicone directement dans un bain de matière. Ce dernier agit comme un support d’impression et est, dans ce cas-là, constitué d’une émulsion d’huile de silicone. Grâce à cette méthode, les chercheurs affirment qu’ils peuvent concevoir des modèles de quatre micromètres seulement et ainsi reproduire très fidèlement la vascularisation du cerveau.
Le silicone présente des propriétés particulièrement intéressantes comme sa biocompatibilité, sa résistance à la chaleur, aux produits chimiques ou encore à l’humidité. Mais il pose quelques défis quand il s’agit de l’imprimer en 3D : c’est un matériau souple qui ne peut pas être resolidifié une fois fondu, à l’image des filaments utilisés en FDM/FFF. Par conséquent, le silicone est généralement imprimé à l’état liquide et durci de façon irréversible. La difficulté réside également dans la complexité des formes que l’on peut créer : comment être sûr que la structure ne va pas s’affaisser ?
Les chercheurs se sont appuyés sur le principe de tension interfaciale (crédits photo : Brighton Science)
Un procédé d’impression 3D silicone innovant pour reproduire la vascularisation du cerveau
Pour contourner ces défis, les chercheurs ont imaginé un procédé d’impression dans un bain : l’idée est de déposer des couches successives de matériau en l’entourant d’une huile de silicone qui agit comme un matériau de support. Pourquoi choisir du silicone comme matériau de support ? L’équipe explique : “Nous avons mis au point un matériau de support constitué d’une émulsion d’huile de silicone. Ce matériau présente une tension interfaciale négligeable par rapport aux encres à base de silicone, ce qui élimine les forces perturbatrices qui conduisent souvent les éléments en silicone imprimés à se déformer et à se briser. La polyvalence de cette approche permet d’utiliser des formulations de silicone établies pour fabriquer des structures et des caractéristiques complexes d’un diamètre de 8 micromètres seulement.” Rappelons que la tension interfaciale est la force nécessaire pour rompre la surface entre deux liquides immiscibles.
La plupart des matériaux de support disponibles sur le marché sont à base d’eau. Or, le silicone étant une huile, lorsque les deux matières entrent en contact, des déformations se créent car étant immiscibles, ils ont besoin d’une tension interfaciale élevée. Des petites gouttes d’huile se forment dans l’eau, impactant la structure imprimée en 3D. C’est pour cela que l’équipe a imaginé un bain d’huile de silicone. Elle ajoute : « Nous avons créé de nombreux matériaux de support candidats, mais nous avons constaté que la meilleure approche consistait à créer une émulsion dense d’huile de silicone et d’eau. On peut comparer cette émulsion à une mayonnaise cristalline, composée de microgouttelettes d’eau emballées dans un continuum d’huile de silicone. Nous appelons cette méthode la fabrication additive à tension interfaciale ultra-faible, ou AMULIT.«
A gauche, le bain de matière dans lequel le silicone est déposé couche par couche comme le montre le photo de droite (crédits photo : Senthilkumar Duraivel/Angelini Lab, CC BY-ND)
Les premiers essais des chercheurs concernent des vaisseaux sanguins du cerveau humain, ce qui permettrait aux neurochirurgiens de s’entraîner avant une opération, de bénéficier de simulations beaucoup plus réalistes ou tout simplement de mieux appréhender l’anatomie d’un patient. Ils pourraient accéder à des modèles physiques et toucher ces vaisseaux sur-mesure, réalisés à partir d’un scan 3D du patient. Nous ne manquerons pas de vous tenir informés sur les prochains développements de cette équipe de chercheurs. En attendant, vous pouvez consulter l’ensemble de l’étude ICI.
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