Le stent multi-matériaux imprimé en 3D se dilate et délivre automatiquement des médicaments

Le stent multi-matériaux imprimé en 3D se dilate et délivre automatiquement des médicaments

En 2018, nous avons couvert un projet de recherche où l’équipe a développé un hydrogel hautement extensible pour l’impression 3D qui pourrait être utilisé dans toutes sortes d’applications, des bio-échafaudages pour les organes fabriqués à l’électronique flexible. Maintenant, cette même équipe de chercheurs (ainsi que quelques nouveaux membres) de Chine, de Singapour et d’Israël a étendu ses travaux antérieurs pour inclure l’impression 3D multi-matériaux d’hydrogel et de polymères durcissables aux UV.

L’impression multi-matériaux avec hydrogel est possible, mais les auteurs de l’article soulignent que “les technologies actuelles contraignent les géométries des hybrides hydrogel-polymère à des stratifiés constitués d’hydrogel avec des caoutchoucs de silicone”, ce qui à son tour “limite considérablement la fonctionnalité et les performances de appareils et machines à base d’hydrogel polymère. En d’autres termes, les hydrogels peuvent principalement être imprimés avec du silicone flexible dans des géométries généralement plates ou constituées de quelques couches. L’équipe internationale a développé une méthode d’impression d’hydrogels d’acrylamide-PEGDA (AP) à haute teneur en eau avec diverses résines durcissables aux UV dans des géométries 3D haute résolution où chaque matériau peut être dans la même couche.

Imprimante 3D hybride hydrogel-polymère

Bien sûr, ils ont dû construire une imprimante DLP personnalisée pour leur nouvelle méthode, et c’est une variante unique de la technologie actuellement disponible. Plutôt que d’avoir la seule grande cuve d’un seul matériau, ils l’ont remplacée par une plaque de verre avec des cavités concaves découpées dans la face supérieure. Chacune des cavités peut contenir une “flaque” d’hydrogel ou de résine, et la plaque de verre se déplace horizontalement dans l’imprimante pour positionner les flaques entre le projecteur UV et la plate-forme d’impression qui contient l’objet imprimé. Lorsqu’il est temps d’imprimer le matériau d’hydrogel, la plaque de verre glisse la flaque d’hydrogel sur le projecteur UV, la plate-forme abaisse la partie en cours jusqu’au fond de la flaque d’eau et le projecteur UV durcit la couche avec une courte explosion de lumière. La plate-forme soulève alors la pièce et la plaque de verre glisse la flaque de résine en position pour son tour. C’est une solution assez simple avec un gros gain.

Ils impriment un certain nombre d’objets fascinants pour montrer ce qui peut être fait, comme un réseau de Kelvin composé d’hydrogel et d’un élastomère flexible. Ils ont également imprimé une version à trois matériaux de la même forme avec un polymère rigide, un hydrogel et un élastomère, et elle a montré d’excellentes propriétés d’étirement et de déchargement. Les matériaux forment “de fortes liaisons covalentes avec les deux autres polymères, et nous pouvons étirer la structure de mousse Kelvin hybride par une grande déformation sans trouver de décollement entre les cellules unitaires imprimées avec des matériaux différents”, ce qui signifie que les matériaux se lient bien entre eux.

Actionneur pneumatique souple. (Crédit image : Avancées scientifiques)

Échafaudages renforcés de polymères et actionneurs à détection de contrainte

Plusieurs composites d’hydrogel renforcés de polymères rigides ont également été imprimés, où le polymère rigide a été utilisé pour créer un squelette pour renforcer la forme de l’hydrogel. En affectant la densité du motif en treillis rigide, la rigidité de l’objet entier est affectée, permettant des objets à corps mou avec une rigidité non uniforme.

De plus, l’équipe a imprimé un actionneur pneumatique souple avec un capteur de contrainte d’hydrogel conducteur. Un circuit de détection de contrainte d’hydrogel a été intégré dans un actionneur pneumatique imprimé avec un élastomère, et le dispositif peut détecter l’angle exact dans lequel l’actionneur est positionné à un moment donné en mesurant la résistance (ohms) dans le circuit d’hydrogel.

Stent auto-expansible imprimé en 3D

Enfin, ils ont imprimé un stent vasculaire SMP (polymère à mémoire de forme) avec une fonction de libération de médicament. Le stent en forme de maille hélicoïdale a été imprimé avec un polymère sensible à la température et un hydrogel chargé de « médicaments ». Après impression, le stent est « programmé » en le compactant dans une forme étroite, ce qui facilite son positionnement dans un vaisseau sanguin, puis en le stockant dans un endroit froid. Lorsque le stent est à nouveau réchauffé lors de son entrée dans un vaisseau sanguin, il reprend sa forme dilatée d’origine, dilatant ainsi le vaisseau sanguin. Une fois que le stent s’est dilaté, l’hydrogel commence à se dissoudre en 24 heures, libérant ainsi le médicament. C’est beaucoup de fonctionnalités emballées dans un stent de 2 mm.

Il est rare que les chercheurs démontrent autant d’applications dans le monde réel avec leurs percées en laboratoire, donc cette équipe mérite une salve d’applaudissements pour avoir fabriqué des prototypes fonctionnels d’échafaudages, de treillis, de robotique souple et de capteurs, et de stents de délivrance de médicaments qui se dilatent automatiquement.