Le Grenoblois Microlight3D est l'une des rares entreprises à maitriser la technique de polymérisation à deux photons au niveau industriel. Son système de micro-impression 3D à très haute résolution microFAB-3D permet notamment de produire des matrices de micro-aiguilles et les circuits micro-fluidiques associés.

Matrice de 10x10 aiguilles de 0,3 µm de diamètre et de 3 µm de hauteur (Source : Microlight3D).

La machine microFAB-3D est un système d’impression 3D à ultra-haute résolution, basé sur la technologie d’écriture laser directe par polymérisation à deux photons (2PP).

Ce procédé repose sur le phénomène d’absorption non linéaire simultanée de deux photons. En pratique, un faisceau laser pulsé, de longueur d’onde de 532 nm, est focalisé dans un matériau monomère photosensible, transparent à 532 nm et absorbant à 266 nm. La polymérisation ne se produit qu’au point focal, où l’intensité lumineuse est suffisante pour permettre l’absorption simultanée de deux photons. Cette interaction déclenche une réaction chimique locale : les monomères présents dans la résine liquide se transforment alors en polymère solide.

Cette réaction permet une structuration tridimensionnelle d’une précision sub-micrométrique. Le volume polymérisé est appelé voxel, et ses dimensions sont aussi petites que 200x600 nm. Cependant, la résolution d’impression dépend de plusieurs paramètres, comme la nature de la résine, la longueur d’onde et la puissance du laser, ainsi que les caractéristiques de l’objectif utilisé.

Une flexibilité d'impression inédite

Pointe d’aiguille de diamètre sub-micronique (Source : Microlight3D).

Grâce au logiciel propriétaire Luminis de Microlight3D, il est possible d'optimiser le hatching (distance entre voxels sur le plan x-y) et le slicing (distance entre voxels sur l'axe z) des micro-pièces à imprimer avec une grande flexibilité. Il permet également de piloter le faisceau laser avec une très haute précision, et ainsi d'imprimer les objets avec une fiabilité particulièrement élevée.

La technologie d’impression 2PP mise en œuvre dans la microFAB-3D permet de déplacer librement le faisceau laser dans le volume de résine, contrairement aux technologies d’impression couche par couche. Il est ainsi possible de fabriquer des structures 3D inédites avec une finition de surface très lisse.

La flexibilité concerne également la variété des matériaux compatibles avec le procédé 2PP de Microlight3D. Elle inclut des acrylates, des epoxys, des hydrogels, des matériaux biocompatibles, ainsi que certains biomatériaux comme des protéines : une possibilité particulièrement attrayante pour les applications en biologie cellulaire.

Pour une administration de médicaments sélective et indolore

Parmi les nombreuses applications pouvant bénéficier de la technologie 2PP de Microlight3D figure la fabrication de matrices de micro-aiguilles, qui est actuellement en plein développement. Ces micro-aiguilles peuvent être pleines, creuses ou encore poreuses, selon l’utilisation finale.

De nombreux instituts de recherche explorent ces possibilités qui ouvrent notamment la voie à des systèmes avancés de libération contrôlée de substances actives, ou bien de prélèvement de sang ou de sérum pour des applications de diagnostic. La libération de principe actif en sous-cutané est particulièrement intéressante pour un traitement localisé et indolore.

La réalisation de ces matrices nécessite une géométrie fine, une grande précision dans les formes et les dimensions, et des pointes extrêmement fines, pour permettre une pénétration non invasive dans les tissus. C'est possible avec la technologie 2PP, qui permet d'obtenir des aiguilles dont la pointe peut être plus petite que la taille d’une cellule de peau.

Matrice de 10x10 aiguilles de 100 µm de diamètre et 400 µm de hauteur (Source : Microlight3D).

Selon les besoins de l’application finale, les matrices de micro-aiguilles peuvent être réalisées dans différents matériaux. Il peut s'agir de matériaux très rigides pour les aiguilles les plus longues, de matériaux biocompatibles lorsque le contact entre les tissus et les aiguilles doit être prolongé, ou encore de matériaux solubles pour les applications où les aiguilles doivent libérer lentement des substances actives dans le corps.

Dans de nombreux cas, les matrices de micro-aiguilles sont associées à des circuits micro-fluidiques, eux-mêmes imprimés avec la machine microFAB-3D, afin de gérer les fluides injectés ou absorbés par les micro-aiguilles.

www.microlight3d.com