La nature a un don extraordinaire pour produire des matériaux composites à la fois légers et résistants, poreux et rigides, comme les coquilles de 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 extrêmement difficile.
Les chercheurs du Laboratoire des matériaux souples de l’École d’ingénierie se sont tournés vers la mother nature pour trouver une solution. Ils ont été les pionniers d’une encre imprimable en 3D qui contient Sporosarcina pasteurii : une bactérie qui, lorsqu’elle est exposée à une remedy contenant de l’urée, déclenche un processus de minéralisation qui produit du carbonate de calcium (CaCO3). Le résultat est que les chercheurs peuvent utiliser leur encre – baptisée BactoInk – pour imprimer en 3D pratiquement n’importe quelle forme, qui se minéralisera ensuite progressivement en quelques jours.
« L’impression 3D gagne en relevance en général, mais le nombre de matériaux pouvant être imprimés en 3D est limité pour la simple raison que les encres doivent remplir certaines situations 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 du ketchup. »
Amstad explique 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 que les buildings résultantes ont tendance à être molles ou à rétrécir lors du séchage, entraînant des fissures et une perte de contrôle sur la forme du produit last.
« Nous avons donc trouvé une astuce simple : au lieu d’imprimer des minéraux, nous avons imprimé un échafaudage polymère à l’aide de notre BactoInk, qui est ensuite minéralisé dans une seconde étape distincte. Après environ quatre jours, le processus de minéralisation déclenché par les bactéries dans le échafaudage conduit à un produit remaining avec une teneur en minéraux de additionally de 90 %. »
Le résultat est un biocomposite solide et résistant, qui peut être produit à l’aide d’une imprimante 3D conventional et de matériaux naturels, et sans les températures extrêmes souvent requises pour la fabrication de céramiques. Les produits finaux ne contiennent plus de bactéries vivantes, car or truck ils sont immergés dans l’éthanol à la fin du processus de minéralisation.
La méthode, qui décrit la première encre d’impression 3D qui utilise des bactéries pour induire la minéralisation, a récemment été publiée dans la revue Elements These days.
Réparer l’art, les récifs coralliens ou les os
L’approche du Smooth Supplies Lab a plusieurs programs potentielles dans un big éventail de domaines, de l’art et de l’écologie à la biomédecine. Amstad pense que la restauration des œuvres d’art pourrait être grandement facilitée par BactoInk, qui peut également être injecté directement dans un moule ou un web-site cible – une fissure dans un vase ou une puce dans une statue, par exemple. Les propriétés mécaniques de l’encre lui confèrent la solidité et la résistance au rétrécissement nécessaires pour réparer une œuvre d’art, ainsi que pour prévenir 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 development de coraux artificiels, qui peuvent 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 potentiellement le rendre intéressant pour de futures apps biomédicales.
« La polyvalence du traitement BactoInk, combinée au faible influence environnemental et aux excellentes propriétés mécaniques des matériaux minéralisés, ouvre de nombreuses nouvelles possibilités pour la fabrication de composites légers et porteurs qui s’apparentent davantage aux matériaux naturels qu’aux composites synthétiques d’aujourd’hui », Amstad résume.
