Il existe maintenant une méthode pour fabriquer des matériaux ressemblant à des os avec l’imprimante 3D. Les chercheurs voient des opportunités pour la médecine, la restauration des coraux et la restauration d’artefacts.
La nature a un talent extraordinaire pour produire des matériaux composites à la fois légers et résistants, poreux et rigides, comme les mollusques ou les os. Mais produire de tels matériaux dans un laboratoire ou une usine – en particulier en utilisant des matériaux et des procédés respectueux de l’environnement – est un énorme défi.
Les chercheurs du Laboratoire des matériaux mous de la TU à Lausanne se sont tournés vers la nature pour trouver une solution. Ils ont développé une encre imprimable en 3D qui contient Sporosarcina pasteurii : une bactérie qui, lorsqu’elle est exposée à une solution contenant de l’urée, initie un processus de minéralisation qui produit du carbonate de calcium (CaCO3) produit. En conséquence, les chercheurs peuvent utiliser leur encre – appelée BactoInk – pour imprimer en 3D pratiquement n’importe quelle forme, qui se minéralise ensuite en quelques jours.
“L’impression 3D en général devient de plus en plus importante, mais le nombre de matériaux pouvant être imprimés en 3D est limité pour la simple raison que les encres doivent répondre à certaines conditions d’écoulement”, explique Esther Amstad, responsable du laboratoire. “Par exemple, ils doivent se comporter comme un solide au repos, mais toujours extrudables à travers une buse d’impression 3D – un peu comme le ketchup.”
Amstad affirme que des encres d’impression 3D contenant de petites particules minérales ont déjà été utilisées pour répondre à certains de ces critères d’écoulement, mais les structures résultantes sont souvent molles ou rétrécissent au séchage, entraînant des fissures et une perte de contrôle sur la forme du produit final.
structure polymère
« Nous avons donc trouvé une astuce simple : au lieu d’imprimer des minéraux, nous avons imprimé une structure polymère avec notre BactoInk, qui est ensuite minéralisée dans un second temps. Après environ quatre jours, cela conduit à un produit final avec une teneur en minéraux de plus de 90 % ».
Le résultat est un biocomposite solide et résistant qui peut être produit à l’aide d’une imprimante 3D standard et de matériaux naturels, et sans les températures extrêmes souvent requises pour la fabrication de la céramique. Les produits finis ne contiennent plus de bactéries vivantes, car ils sont immergés dans l’éthanol à la fin du processus de minéralisation.
Réparez l’art, les récifs coralliens ou les os
L’approche du Soft Materials Lab a plusieurs applications potentielles dans une grande variété de domaines allant de l’art et de l’écologie à la biomédecine. Amstad pense que la restauration des œuvres d’art peut être grandement facilitée par BactoInk, qui peut également être injecté directement dans un moule ou un emplacement cible, comme une fissure dans un vase ou une puce dans une statue. Les propriétés mécaniques de l’encre lui confèrent la force et la résistance au rétrécissement nécessaires pour réparer une œuvre d’art et éviter d’autres dommages pendant le processus de restauration.
L’utilisation par la méthode de matériaux uniquement respectueux de l’environnement et sa capacité à produire un biocomposite minéralisé en font également un candidat prometteur pour la construction de coraux artificiels, qui pourraient être utilisés pour aider à régénérer les récifs marins endommagés. Enfin, le fait que la structure et les propriétés mécaniques du biocomposite miment celles de l’os pourrait le rendre intéressant pour des applications biomédicales.
Lage milieu-impact
“La polyvalence du traitement BactoInk, combinée au faible impact environnemental et aux excellentes propriétés mécaniques des matériaux minéralisés, ouvre de nombreuses nouvelles possibilités pour fabriquer des composites légers et porteurs qui s’apparentent davantage aux matériaux naturels qu’aux composites synthétiques d’aujourd’hui. ” résume Amstad.
