Photopolymères réactivables pour la fabrication additive 3D – 3D-CustomSurf

L'impression 3D a considérablement facilité la fabrication de dispositifs (objets) complexes par leur forme et sophistiqués par leurs propriétés dans divers domaines de recherche fondamentaux en termes de coût, de temps et d'accessibilité. Les imprimantes 3D peuvent fabriquer des objets dont la taille varie de quelques microns avec la stéréolithographie à deux photons (TPS) au centimètre. Dans le domaine des circuits micro-fluidiques, la facilité de mise en œuvre et la commodité de l'impression 3D de structures complexes conçues numériquement (CAO 3D) font concurrence aux techniques et méthodes couramment utilisées en Soft-Lithographie. L'impression 3D permet la fabrication directe et rapide de puces micro-fluidiques en s’affranchissant de ces méthodes lourdes à mettre en oeuvre. Parmi toutes les technologies d'impression 3D, la stéréolithographie (SLA) a particulièrement attiré l'attention puisqu’elle est extrêmement précise et que des structures très fines (par exemple canaux de diamètre interne < 100 µm) peuvent être obtenues.
Dans ce contexte, les polymères sont les matériaux de choix. Cependant, la principale limitation repose sur le fait que les propriétés du monomère choisi imposent la chimie de surface de l'objet envisagé. Si sur le plan technologique, la résolution et la rapidité d’écriture ont nettement été améliorées, la diversité chimique de la surface de l’objet ainsi que la structuration de cette diversité, sont peu explorées. A ce jour, il n’est pas encore possible de modifier la chimie des surfaces d’une manière simple à partir d’imprimantes 3D, autres que par des traitements de post-fabrication qui bien qu’efficaces sont lourds à mettre en œuvre. Cela devient même un « casse-tête » insoluble quand ces modifications chimiques de surface doivent être localisées en des endroits bien précis de l’objet.
Le projet 3D-CustomSurf vise à développer de nouveaux photo-amorceurs uniques par leurs propriétés et à développer de nouvelles méthodologies dans les techniques de fabrication additive 3DP-UV (mm-cm) et TPS (µm). Notre approche repose sur l'utilisation de techniques de photo-polymérisation radicalaire contrôlées (photo-RDRP, en particulier la NMP2) adaptées aux conditions spécifiques de la fabrication 3D pour la fabrication de circuit micro-fluidiques. Notre stratégie sera un atout pour modifier facilement et à façon la chimie de la surface interne de canaux d’un circuit micro-fluidique dédié à la fabrication de microémulsion, aujourd’hui limitée par de nombreuses étapes de post fabrication.
Notre stratégie repose sur i) le design et la synthèse d'alcoxyamines photosensibles (photo-amorceurs, NMP2) uniques, portant des chromophores spécifiques pour la fabrication 3DP-UV et TPS ii) une étude de leurs propriétés photo-physiques et chimiques iii) une étude approfondie de leur efficacité pour une première polymérisation et une repolymérisation (polymérisation vivante) dans un contexte d’écriture laser (3DP-UV, TPS) iv) la mise en place de méthodes pour une première polymérisation (3DP-UV) suivie d'une fonctionnalisation de la surface interne (chimique et structuration) par TPS de prototypes simples tels que des tubes v) la fabrication d’un dispositif micro-fluidique dédié à la fabrication d’une micro double émulsion et dont la chimie de la surface des canaux est modifiée pour répondre à la vocation particulière de ce dispositif.
Associer l'écriture laser aux méthodologies RDRP est une nouvelle approche peu explorée, notamment dans la stéréolithographie 2 photons (TPS). Cette nouveauté et surtout l’absence d’études approfondies sur les phénomènes chimiques et physiques impliqués au cours du processus de fabrication 3D explique l’absence d’une telle approche. La NMP2 couplée aux techniques d’impression laser permet de considérer l'objet d'une part et la modification de sa surface (chimie et structuration) d'autre part dans un protocole d'une grande simplicité.