Un effet de proximité plus fort que prévu dans l’impression 3D submicrométrique

L’impression 3D biphotonique est une méthode à très haute résolution qui polymérise la résine, afin de la durcir, au niveau du point de focalisation de deux photons. Cette approche permet de créer des formes à des tailles bien inférieures aux techniques d’impression 3D classiques, avec une résolution de 300 à 600 nanomètres contre une cinquantaine de micromètres. Dans ces travaux, l’impression 3D biphotonique produit des fibres suspendues qui font jusqu’à 300 nm de côté, soit plus de cent fois plus fines qu’un cheveu. Elles servent ici à modéliser les matrices extracellulaires, qui sont des matrices en fibres de collagène que les cellules sécrètent lorsqu’elles sont organisées en tissus, afin d’aider à la culture in vitro de cellules humaines. C’est en fabriquant ces fibres synthétiques que des chercheurs et chercheuses du Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS-CNRS) et de l’Institut de science des matériaux de Mulhouse (IS2M, CNRS/Univ. Haute-Alsace) ont découvert un effet de proximité insoupçonné, dans lequel de larges structures imprimées à proximité de ces fibres influencent grandement leurs dimensions finales. Cette découverte permettra d’affiner le contrôle de structures submicrométriques fabriquées par impression biphoton, ce qui trouve également des applications dans les domaines de la photonique ou de la fabrication de micro-aiguilles.

Le phénomène a été découvert grâce des erreurs de fabrication. Si les effets de proximité sont courants en micro et nanofabrication, seuls des effets de deux à trois micromètres étaient documentés pour l’impression 3D biphotonique. Or l’équipe a constaté des changements à plusieurs dizaines de micromètres. Grâce à un mélange de simulations numériques et d’expériences, les scientifiques en ont conclu que l’effet était dû à l’oxygène. Celui-ci doit en effet être entièrement consommé dans la résine pour que la fabrication ait lieu, or quand une structure grosse ou moyenne est créée, l’oxygène autour est également consommé. Cela fait que les petites structures à proximité démarrent leur fabrication avec moins d’oxygène, ce qui fait que davantage de résine se polymérise, rendant la structure plus épaisse que prévu. Il suffit cependant d’attendre une dizaine de secondes entre les étapes de fabrication pour que les taux d’oxygène redeviennent normaux et que la fabrication puisse s’opérer aux dimensions souhaitées. 

Les chercheurs et chercheuses peuvent à présent travailler sur leur modèle de matrice extracellulaire.

Références
Optimizing dimensional accuracy in two-photon polymerization: Influence of energy dose and proximity effects on sub-micrometric fiber structures.
Ianis Drobecq, Claire Bigot, Olivier Soppera, Laurent Malaquin, Bastien Venzac.
Additive Manufacturing, Volume 103, 2025.
https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104735