En observant la structure microscopique de l’insecte, des chercheurs ont mis au point un dispositif capable de déposer la matière avec une précision inédite. Ce développement, porté notamment par une équipe de recherche universitaire, ouvre de nouvelles perspectives pour la production de pièces complexes, notamment dans les secteurs médical et microtechnique.

C’est aux seins des universités McGill et Drexel, respectivement situées à Montréal (Canada) et à Philadelphie (Pennsylvanie, Etats-Unis) que des chercheuses et chercheurs du département de génie mécanique ont mis au point une technique de fabrication novatrice qui permet de transformer la trompe des moustiques femelles en buses d’impression 3D haute résolution. Une forme de biométisme, mais qui s’applique cette fois directement sur une technologie.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, c’est pour les caractéristiques géométriques, structurelles et mécaniques particulières du tube d’alimentation de cet insecte de la famille des Culicidae, que les chercheurs sont parvenus à l’utiliser pour imprimer des lignes d’une largeur de 20 microns, « ce qui est un peu plus petit qu’un globule blanc et environ deux fois plus fin que ce que peuvent produire les buses d’impression actuellement sur le marché », indique l’université canadienne, dans un article sur cette prouesse technique publié sur son site Internet.

« Nécro-impression 3D »

« Logique imparable quand on y pense : la trompe a 100 millions d’années d’évolution derrière elle pour percer la peau avec un minimum d’effort », écrit, dans un post sur LinkedIn, Romain Rousselet, fondateur de MC3D Line, un bureau d’études mécaniques située en région parisienne, en évoquant cette étonnante innovation.

Baptisé « nécro-impression 3D » par les chercheurs, ce procédé décrit l’emploi d’une « microstructure biologique non vivante » comme outil d’impression 3D.

Afin de concevoir ces buses, les chercheurs se sont penchés sur des microstructures inspirées du vivant. Leur analyse les a conduits à privilégier la trompe du moustique, une microaiguille dont le diamètre n’excède pas la moitié de celui d’un cheveu humain. Prélevées sur des insectes euthanasiés issus de colonies de laboratoire, respectant les protocoles éthiques, ces trompes ont été fournies par l’université Drexel, engagée dans la recherche biologique.

Détail de l’impression 3D d’une feuille d’érable, emblème du Canada dont est issue l’université McGill, qui a travaillé sur cette technique de fabrication novatrice qui permet de transformer les trompes de moustiques femelles en buses d’imprimantes 3D.

Sous microscope, ils ont soigneusement retiré le tube d’alimentation du moustique, décrit l’université McGill. L’équipe de recherche a ensuite fixé cette aiguille biologique à l’embout d’un distributeur en plastique standard, à l’aide d’un peu de résine. Ceci afin de caractériser la géométrie et la résistance mécanique des embouts et mesurer leur tolérance à la pression. Les embouts ont ensuite été intégrés à un dispositif d’impression 3D conçu sur mesure.

Reproduire des cellules cancéreuses et globules rouges

Une fois connectée, la trompe se mue en canal d’extrusion par lequel l’imprimante 3D dépose la matière. Les chercheurs sont ainsi parvenus à réaliser, avec une grande finesse de résolution, des structures complexes, telles qu’un motif en nid d’abeille, une feuille d’érable ou encore des bio-échafaudages intégrant des cellules cancéreuses et des globules rouges, apprend-on à la lecture de l’article universitaire.

Article dans lequel le coauteur de l’étude, Changhong Cao, explique avoir découvert que « la trompe du moustique pouvait supporter des cycles d’impression répétés tant que les pressions restaient dans des limites sûres ». Ainsi, il souligne que la buse pourrait être réutilisée plusieurs fois, même après avoir été manipulée, à condition d’être correctement nettoyée.

« Pour l’impression 3D haute résolution et la microdistribution, on a besoin de buses ultrafines, généralement fabriquées à partir de métal ou de verre spécialisé », enchaîne Jianyu Li, coauteur de l’étude. Pour ce professeur agrégé à l’université McGill et titulaire de la chaire de recherche du Canada en réparation et régénération des tissus, ces buses restent coûteuses et difficiles à fabriquer, elles génèrent des déchets, en plus de présenter des risques pour la santé. D’où l’alternative avec ces microstructures biologiques.

Buses biodégradables

« Les trompes de moustiques nous permettent d’imprimer des structures extrêmement petites et précises qui sont difficiles ou très coûteuses à produire avec des outils classiques. Comme les buses biologiques sont biodégradables, nous pouvons réutiliser des matériaux qui seraient autrement jetés », ajoute son collègue, professeur adjoint à l’université McGill et titulaire de la chaire de recherche du Canada sur les matériaux et la fabrication de pointe à petite échelle au département de génie mécanique.

« La nature résout déjà la plupart de nos problèmes de microfabrication. On n’a parfois qu’à se baisser pour ramasser », observe Romain Rousselet.