Produire des composites d’une encre d’impression 3D bactérienne
La nature a une capacité extraordinaire pour produire des matériaux composites qui sont à la fois légers et solides, poreux et rigides, comme les coquilles de mollusques ou les os. Mais produire de tels matériaux en laboratoire ou en usine – notamment en utilisant des matériaux et des procédés respectueux de l'environnement – est un véritable défi.
Des scientifiques du Laboratoire de la matière molle de la Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) se sont tournés vers la nature pour trouver une solution. Ils ont mis au point une encre imprimable en 3D qui contient de la Sporosarcina pasteurii : une bactérie qui, lorsqu'elle est exposée à une solution contenant de l'urée, déclenche un processus de minéralisation qui produit du carbonate de calcium (CaCO3). Le résultat est que les scientifiques peuvent utiliser leur encre – surnommée BactoInk – pour imprimer en 3D pratiquement n'importe quelle forme, qui se minéralisera ensuite progressivement en quelques jours.
Selon Esther Amstad, directrice du laboratoire, au lieu d'imprimer des minéraux, « nous avons imprimé un échafaudage polymère en utilisant notre BactoInk, qui est ensuite minéralisée dans une deuxième étape distincte. Après environ quatre jours, le processus de minéralisation déclenché par les bactéries dans l'échafaudage conduit à un produit final avec une teneur en minéraux de plus de 90 %. »
Le résultat est un biocomposite solide et résilient, 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 céramiques. Les produits finaux ne contiennent plus de bactéries vivantes, car ils sont immergés dans de l'éthanol à la fin du processus de minéralisation. La méthode, qui décrit la première encre d'impression 3D utilisant des bactéries pour induire la minéralisation, a récemment été publiée dans la revue Materials Today.
L'approche du Laboratoire de la matière molle a plusieurs applications potentielles dans un large éventail de domaines, de l'art à la biomédecine en passant par l'écologie. Esther Amstad pense que la restauration des œuvres d'art pourrait être facilitée par la BactoInk, qui peut aussi être directement injectée dans un moule ou un site cible – une fissure dans un vase ou un éclat dans une statue, par exemple. Les propriétés mécaniques de l'encre lui confèrent la solidité et la résistance au retrait nécessaires pour réparer une œuvre d'art, ainsi que pour prévenir d'autres dommages pendant le processus de restauration.
Le fait que la méthode n'utilise que des matériaux 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 peuvent être utilisés pour aider à régénérer les récifs marins endommagés. Enfin, le fait que la structure et les propriétés mécaniques du biocomposite imitent celles de l'os pourrait potentiellement le rendre intéressant pour de futures applications biomédicales.
La nature a une capacité extraordinaire pour produire des matériaux composites qui sont à la fois légers et solides, poreux et rigides, comme les coquilles de mollusques ou les os. Mais produire de tels matériaux en laboratoire ou en usine – notamment en utilisant des matériaux et des procédés respectueux de l'environnement – est un véritable défi.
Des scientifiques du Laboratoire de la matière molle de la Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) se sont tournés vers la nature pour trouver une solution. Ils ont mis au point une encre imprimable en 3D qui contient de la Sporosarcina pasteurii : une bactérie qui, lorsqu'elle est exposée à une solution contenant de l'urée, déclenche un processus de minéralisation qui produit du carbonate de calcium (CaCO3). Le résultat est que les scientifiques peuvent utiliser leur encre – surnommée BactoInk – pour imprimer en 3D pratiquement n'importe quelle forme, qui se minéralisera ensuite progressivement en quelques jours.
Selon Esther Amstad, directrice du laboratoire, au lieu d'imprimer des minéraux, « nous avons imprimé un échafaudage polymère en utilisant notre BactoInk, qui est ensuite minéralisée dans une deuxième étape distincte. Après environ quatre jours, le processus de minéralisation déclenché par les bactéries dans l'échafaudage conduit à un produit final avec une teneur en minéraux de plus de 90 %. »
Le résultat est un biocomposite solide et résilient, 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 céramiques. Les produits finaux ne contiennent plus de bactéries vivantes, car ils sont immergés dans de l'éthanol à la fin du processus de minéralisation. La méthode, qui décrit la première encre d'impression 3D utilisant des bactéries pour induire la minéralisation, a récemment été publiée dans la revue Materials Today.
L'approche du Laboratoire de la matière molle a plusieurs applications potentielles dans un large éventail de domaines, de l'art à la biomédecine en passant par l'écologie. Esther Amstad pense que la restauration des œuvres d'art pourrait être facilitée par la BactoInk, qui peut aussi être directement injectée dans un moule ou un site cible – une fissure dans un vase ou un éclat dans une statue, par exemple. Les propriétés mécaniques de l'encre lui confèrent la solidité et la résistance au retrait nécessaires pour réparer une œuvre d'art, ainsi que pour prévenir d'autres dommages pendant le processus de restauration.
Le fait que la méthode n'utilise que des matériaux 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 peuvent être utilisés pour aider à régénérer les récifs marins endommagés. Enfin, le fait que la structure et les propriétés mécaniques du biocomposite imitent celles de l'os pourrait potentiellement le rendre intéressant pour de futures applications biomédicales.