Béatrice Garnier
Dans le jeu vidéo Minecraft, tout, y compris les animaux et les personnages, est constitué de petits blocs 3D appelés voxels. Les scientifiques des matériaux de l’école d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Virginie ont développé une approche voxélisée de type Minecraft qui utilise des gouttelettes comme éléments de base pour créer des constructions complexes comparables aux tissus et organes humains.
Liheng Cai, professeur adjoint de science et génie des matériaux, de génie chimique et de génie biomédical, dirige l’équipe. Jinchang Zhu, titulaire d’un doctorat. étudiant au Gentle Biomatter Laboratory de Cai, développe leur system de bio-effect, assemblage numérique de particules sphériques de bio-encre ou DASP.
“En principe, DASP nous permet de définir avec précision l’emplacement, la composition et les propriétés des gouttelettes individuelles et de les assembler en constructions 3D qui correspondent à l’art des tissus biologiques”, a déclaré Zhu.
À l’aide d’une imprimante 3D personnalisée, l’équipe extrude et dépose des gouttelettes de bio-encre à l’intérieur d’une matrice de assistance, un bain de boue qui supporte et maintient les gouttelettes dans l’espace 3D. Les gouttelettes gonflent, entrent en get hold of avec leurs gouttelettes voisines, puis se solidifient pour former une structure en treillis 3D. Avec des combinaisons de gouttelettes constituées de divers matériaux ou encapsulées avec divers composants, DASP montre un grand nombre de possibilités pour concevoir et créer des constructions tissulaires fonctionnelles.
Zhu est le premier auteur de l’article unique de l’équipe publié en octobre 2021 dans Advanced Practical Components, où Cai et ses collaborateurs ont prouvé le notion de bioimpression voxélisée.
“L’article que nous avons publié l’année dernière était un leading pas vers l’impression 3D de tissus avec la complexité et l’organisation nécessaires pour l’ingénierie biomédicale, le dépistage des médicaments et la modélisation des maladies”, a déclaré Cai.
Zhu et Cai ont été invités à partager leurs dernières recherches, All-aqueous Printing of Viscoelastic Droplets in Yield-pressure Fluids, dans un numéro spécial de septembre 2022 d’Acta Biomaterialia.
Dans cet posting le as well as récent, ils expliquent le mécanisme de manipulation d’une gouttelette viscoélastique dans ce qu’on appelle une matrice de guidance de limite d’élasticité : la matrice de aid se comporte comme un tas de sable, qui est comme un solide lorsqu’il n’est pas dérangé mais qui s’écoule comme un liquide sous contrainte..
Une caractéristique exclusive de tout ce processus d’impression est que les gouttelettes d’encre biologique et la matrice de help sont aqueuses il n’y a pratiquement pas de stress aux frontières entre les gouttelettes et le milieu environnant. L’encre biologique est très visqueuse comme le miel mais est élastique lorsqu’elle est déformée à des vitesses rapides.
Zhu et Cai surveillent la dynamique de l’ensemble du processus de bio-impact en temps réel et identifient trois étapes impliquées : la génération de gouttes, le détachement et la leisure. Lorsque la gouttelette est extrudée, la buse se déplace horizontalement à une accélération élevée pour se détacher de la gouttelette, laissant la gouttelette derrière et piégée à l’intérieur de la matrice de aid.
“Un cas analogue est l’astuce classique de tirage de nappe, dans laquelle la nappe est retirée soudainement, laissant des assiettes sur la desk en raison de la drive d’inertie”, a déclaré Zhu, “Mais dans notre system, la gouttelette est détachée de la buse principalement en raison de la drive de confinement de la matrice de assist.”
L’équipe a également identifié des paramètres qui affectent largement la résolution d’impression, notamment le diamètre des gouttelettes, le diamètre de la buse et l’accélération de la buse. Leurs expériences indiquent que l’impression de gouttelettes de bonne fidélité nécessite un rapport de diamètre de gouttelette à buse relativement crucial et une accélération de buse appropriée jusqu’à dix mètres par seconde carrée.
“La manipulation précise des voxels viscoélastiques représente à la fois un défi fondamental et technologique dans la science de la matière molle et la bioimpression 3D”, a déclaré Cai. “Nous n’en sommes qu’au début de l’établissement de la science fondamentale de la bio-impact voxélisée. Et nous espérons qu’un jour nous pourrons traduire complètement l’approche Minecraft de la bio-impression 3D, de sorte que nous pourrons créer des imitations de tissus 3D hautement fonctionnelles pour les biomédecines de base et appliquées.”
