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Micro-électrodes de lapin carbonisées imprimées en 3D pour la stimulation cérébrale – High-teK.ca

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Afin d’imprimer en 3D de très petites structures, des considérations particulières doivent être prises. Vous ne pouvez tout simplement pas créer un objet à l’échelle du micron en extrudant un polymère à travers une buse d’un demi-millimètre de large. La stéréolithographie – durcissement d’une poudre ou d’un liquide avec un laser UV – a donc été la méthode de choix pour créer des caractéristiques à haute résolution. Dans ce cas, chaque photon UV a suffisamment d’énergie pour créer une seule liaison moléculaire dans la résine utilisée pour la construction. Bien que cela soit idéal pour fabriquer de grandes pièces avec des lasers de taille modeste, le problème est que la lumière mal focalisée sur les bords du faisceau a encore assez de puissance pour durcir. Au final cela limite la résolution des fonctionnalités qui peuvent être réalisées.

La solution au problème est d’utiliser une technique relativement nouvelle connue sous le nom de impression à deux photons. Ici, un faisceau infrarouge (et donc une énergie inférieure par photon) est utilisé de sorte que des liaisons ne peuvent être créées que par l’absorption simultanée de deux photons. Cela accentue efficacement le faisceau de polymérisation en éliminant le potentiel de polymérisation de la lumière floue. La résolution est considérablement augmentée et, par conséquent, des objets plus petits peuvent être facilement fabriqués. Un nouveau procédé d’impression à deux photons créé par des chercheurs au Japon fait passer l’impression 3D à la prochaine étape logique. En développant une résine à haute teneur en carbone et stable, la construction terminée peut être post-traitée dans un four en un lapin cémenté et conducteur.

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Le soi-disant « lapin de Stanford » est devenu une référence pratique pour évaluer la qualité des constructions 3D, et c’est pourquoi les chercheurs l’ont choisi pour leur pièce de vitrine. Les oreilles en surplomb, par exemple, sont une caractéristique que tous les processus 3D ne peuvent pas réaliser. Les lapins ne sont pas le seul facteur de forme qui peut être fabriqué avec le processus ; en fait, beaucoup de choses autrefois possibles uniquement avec une fonderie de semi-conducteurs à part entière deviennent soudainement concevables.

Impression 3D avec laser à deux photons

Le cœur du système est un laser assez coûteux construit autour d’un verre saphir en titane. Les lasers Ti-saphir peuvent délivrer des impulsions lumineuses courtes (femtosecondes) et intenses dans la gamme des mégahertz à une puissance moyenne d’environ 30 milliwatts. Les systèmes précédents utilisaient des galvanomètres délicats pour diriger le faisceau laser lui-même, mais les chercheurs japonais ont plutôt utilisé des moteurs piézo rapides. Lorsque le travail (l’objet imprimé) est petit par rapport à la tête laser, il est logique de simplement déplacer le travail, plutôt que le laser à inertie plus élevée.

Les chercheurs ont également développé une technique où la pièce imprimée en 3D peut elle-même être utilisée comme maître de moule pour un processus séparé qu’ils appellent le microtransfert. Ici, une résine couramment utilisée dans les applications biomédicales, le PDMS, peut être utilisée pour former des pièces comme des réseaux de microélectrodes pour stimuler le cerveau. Ces électrodes peuvent également être carburées et rendues conductrices. Un effet secondaire du processus est que le chauffage de la pièce pour l’étape de carburation, à des températures allant jusqu’à 800 degrés Celsius, entraîne un facteur de retrait de 30 %. À condition que le retrait soit à peu près uniforme, il peut être correctement pris en compte dans la conception d’origine.

Les implants ne sont pas la seule application prévisible de la nouvelle technique. Des structures de bobines 3D microscopiques pour des dispositifs de chauffage à petite échelle, des piles à combustible et d’autres applications MEMS (microélectromécaniques) sont également en cours de développement par le groupe. La technique ne sera évidemment pas utilisée pour la construction de puces informatiques, mais pour des produits uniques qui nécessitent des structures conductrices à l’échelle du micron, elle pourrait bientôt se généraliser.

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Document de recherche: DOI : 10.1364/OME.3.000875 – « Formation de microstructures de carbone tridimensionnelles par microfabrication biphotonique et moulage par microtransfert » [Free PDF]

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