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Une équipe de l’université d’Aalto a utilisé des bactéries pour imprimer des objets tridimensionnels complexes faits de nanocellulose. Grâce à leur technique, les chercheurs sont capables de guider la croissance des colonies bactériennes par l’utilisation de surfaces fortement hydrofuges ou superhydrophobes. Ces objets présentent un potentiel énorme pour une utilisation médicale, notamment pour soutenir la régénération des tissus, ou comme échafaudage pour remplacer des organes endommagés.

Des bactéries comme imprimantes

Contrairement aux objets fibreux fabriqués par les méthodes d’impression 3D actuelles, cette nouvelle technique permet d’aligner des fibres, dont le diamètre est mille fois plus fin qu’un cheveu humain, dans n’importe quelle orientation, même entre les couches, et selon divers gradients d’épaisseur et de topographie, ce qui ouvre de nouvelles possibilités d’application dans la régénération des tissus. Ce type de caractéristiques physiques est crucial pour les matériaux de support dans la croissance et la régénération de certains types de tissus, que l’on trouve dans les muscles ainsi que dans le cerveau.
« C’est comme avoir des milliards de minuscules imprimantes 3D qui tiennent dans une bouteille », explique Luiz Greca. « Nous pouvons considérer ces bactéries comme des micro-robots naturels, qui prennent les blocs de construction qui leur sont fournis et qui, avec les bonnes données, créent des formes et des structures complexes ».
Une fois dans un moule superhydrophobe avec de l’eau et des nutriments – sucre, protéines et air – ces bactéries produisent de la nanocellulose. La surface superhydrophobe emprisonne essentiellement une fine couche d’air, qui invite les bactéries à créer un biofilm fibreux reproduisant la surface et la forme du moule. Avec le temps, ce biofilm s’épaissit et les objets deviennent plus résistants.

Pour créer des modèles réalistes d’organes

Grâce à cette technique, l’équipe a créé des objets en 3D avec des caractéristiques prédéfinies, mesurant du dixième du diamètre d’un seul cheveu jusqu’à 15-20 centimètres. Les fibres de taille nanométrique ne provoquent pas de réactions indésirables lorsqu’elles sont mises en contact avec des tissus humains. Cette méthode pourrait également être utilisée pour faire pousser des modèles réalistes d’organes pour la formation des chirurgiens, ou pour améliorer la précision des tests in vitro.
Tant dans la nature que dans l’ingénierie, ces surfaces superhydrophobes sont conçues pour minimiser l’adhérence des particules de poussière, ainsi que des micro-organismes. Ce travail devrait ouvrir de nouvelles possibilités d’utilisation des surfaces superhydrophobes pour produire avec précision des matériaux fabriqués naturellement.
Comme ces bactéries peuvent être éliminées ou laissées dans le matériau final, les objets en 3D peuvent également évoluer en tant qu’organisme vivant au fil du temps. Ces découvertes constituent une étape importante vers l’exploitation d’un contrôle total des matériaux fabriqués par les bactéries.

L’exploitation des matériaux fabriqués par les bactéries

« Nos recherches montrent vraiment la nécessité de comprendre à la fois les détails fins de l’interaction des bactéries aux interfaces, et leur capacité à fabriquer des matériaux durables. Nous espérons que ces résultats inspireront également les scientifiques qui travaillent à la fois sur les surfaces repoussantes les bactéries et ceux qui fabriquent des matériaux à partir des bactéries », déclare le Dr Blaise Tardy.
Vous pouvez voir ce système en action dans la vidéo ci-dessous.

Cette recherche a été publiée dans ACS Nano.
Source : Aalto University
Crédit photo sur Unsplash : CDC