nouvelles de l'entreprise Le durcissement UV par hydrogel: une technologie clé pour le prototypage rapide et les applications biomédicales

Les hydrogels sont des matériaux hydrophiles dotés d’une structure de réseau polymère réticulé tridimensionnel qui peut absorber et retenir de grandes quantités d’eau sans se dissoudre. Ils sont structurellement et mécaniquement similaires aux tissus mous humains, possédant ainsi un énorme potentiel d'application en biomédecine, en ingénierie tissulaire, en administration de médicaments et en robotique douce. La technologie de durcissement par UV, en raison de ses avantages en termes de vitesse de durcissement rapide, de processus doux et de contrôlabilité spatiale élevée, est devenue l'une des technologies de base dans la fabrication de précision et le prototypage rapide d'hydrogels.

Le processus de durcissement aux UV des hydrogels est essentiellement une réaction de réticulation photochimique, généralement achevée en quelques secondes. Ce processus nécessite l’action synergique de trois éléments clés :

1. Le matériau de base de l'hydrogel, le prépolymère,doit contenir des groupes photoréticulants activables par un photoinitiateur, tels que des groupes acrylate ou méthacrylate. Les biomatériaux photoréticulables courants comprennent : GelMA (gélatine de méthacrylamide) : possédant une bonne bioactivité et adapté à la culture cellulaire ; PEGDA (diacrylate de polyéthylène glycol) : simple à synthétiser et permettant un contrôle précis des propriétés du matériau ; et HAMA (acide méthacrylamide hyaluronique) : un composant de matrice extracellulaire naturelle (ECM) à haute biocompatibilité.
2. Le photoinitiateurest le « commutateur » dans le processus de durcissement. Il absorbe des longueurs d'onde spécifiques de la lumière ultraviolette (UV) et se décompose rapidement pour produire des radicaux libres ou des cations hautement réactifs. Dans les applications biologiques, les photoinitiateurs doivent avoir une bonne solubilité dans l'eau et une faible cytotoxicité, comme l'Irgacure 2959 (I-2959), couramment utilisé.
3. Source de lumière UV et durcissementLorsqu'une source de lumière UV (généralement une LED UV, telle qu'une longueur d'onde de 365 nm ou 405 nm) irradie une solution de prépolymère prémélangée avec un photoinitiateur, le photoinitiateur est activé et les espèces actives générées lancent ensuite la réaction de polymérisation des groupes de réticulation sur le prépolymère pour former une structure de réseau tridimensionnelle stable, c'est-à-dire un hydrogel.

Les hydrogels durcis aux UV sont devenus une technologie courante car ils offrent des avantages inégalés par rapport aux méthodes de réticulation traditionnelles :

• Moulage rapide et efficacité :Le temps de durcissement est généralement compris entre 1 et 60 secondes, ce qui augmente considérablement le débit de fabrication.
• Conditions de réticulation douces (durcissement à froid) :Les LED UV sont des sources de lumière froide, permettant le durcissement à température ambiante ou proche de la température physiologique (37 degrés Celsius), maximisant ainsi la protection de l'activité et le taux de survie des cellules vivantes et des molécules bioactives encapsulées dans l'hydrogel.
• Contrôle précis des performances :En ajustant l'intensité et la durée de l'irradiation par la lumière UV (c'est-à-dire la dose de lumière), la densité de réticulation de l'hydrogel peut être contrôlée avec précision. Une densité de réticulation plus élevée entraîne un module de Young (dureté mécanique) plus élevé, crucial pour simuler les environnements mécaniques de différents tissus humains.
• Haute résolution spatiale :La lumière UV peut être modelée, focalisée et numérisée avec précision pour réaliser une fabrication de structure au niveau du micron, un exploit difficile à réaliser avec les méthodes de coulée traditionnelles.

La technologie de durcissement par UV est utilisée pour construire avec précision des canaux d'hydrogel, des valves ou des structures membranaires sur des substrats de puces microfluidiques. Ces structures peuvent être utilisées pour séparer et mélanger des fluides traces, ou comme biocapteurs sensibles à l'environnement, jouant un rôle dans la bioanalyse et le diagnostic.

Tirant parti de la haute résolution spatiale et des caractéristiques de prototypage rapide du durcissement UV, les hydrogels sont devenus la base des « bio-encres » dans l’impression 3D photopolymère (telle que DLP/SLA). Ils peuvent être utilisés pour construire des échafaudages cellulaires complexes à plusieurs couches, imitant précisément le microenvironnement des tissus naturels, pour la recherche sur la régénération de tissus tels que les os, le cartilage et les vaisseaux sanguins.

La technologie de durcissement UV pour les hydrogels est devenue un élément indispensable de la science et de l’ingénierie modernes des biomatériaux. Il combine parfaitement la vitesse de la réticulation chimique avec la précision de la technologie optique, offrant ainsi une plate-forme de fabrication puissante, flexible et respectueuse de l'environnement pour développer des matériaux hydrogels de nouvelle génération dotés de propriétés mécaniques, de bioactivité et de microstructures complexes personnalisées.