ACTUALITÉ SCIENTIFIQUE
ET INNOVATION DE L'ÉTS
Bio-impression 3D du graphène - Par : Hanen Hattab,

Bio-impression 3D du graphène


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

La plus importante mutation épistémologique de la biologie de synthèse en tant que branche des sciences de la vie est la compréhension du vivant à travers son implication dans la réalisation de nos projets. La technologie que nous allons présenter dans cet article explore le phénomène de biolixiviation découvert à la fin des années 1990 et dont les recherches ne cessent d’enrichir les domaines de la biologie et des nanotechnologies. Il s’agit d’une nouvelle technique d’impression 3D qui assure la transformation des propriétés de la matière inorganique par les organismes vivants au cours d’un processus de microconstruction.

À la quête du graphène

Des chercheurs du Bionanoscience Departement de la Delft University of Technology (TU Delft) des Pays-Bas ont créé un procédé d’impression 3D qui utilise les bactéries afin de produire un matériau se rapprochant du graphène. Rappelons que le  graphène est un matériau relativement récent qui a été extrait pour la première en 2004 par Andre Geim, du Département de physique de l’Université de Manchester. Prisé pour ses nombreuses propriétés physico-chimiques, ce matériau fait l’objet de plusieurs projets d’étude technologique et théorique (physique fondamentale) d’envergure afin de le découvrir davantage et de bien orienter son exploitation industrielle, et ce, principalement en réduisant son coût de production très élevé. Le graphène est surtout connu pour sa légèreté, sa ductilité, ses capacités de stockage d’énergie, sa conductibilité, sa résistance mécanique et beaucoup d’autres caractéristiques qui inspirent de nombreuses applications, allant de l’électronique et la photonique jusqu’à la médecine.

Découverte du graphène

Potentiels de l’oxyde de graphène

L’oxyde de graphène est le composé le plus convoité actuellement par les scientifiques pour la production du graphène. Sa réduction chimique représente la piste la plus abordée afin de le transformer en flocons de graphène. D’un autre côté, l’oxyde de graphène est lui-même apprécié pour ses propriétés de conductivité. L’équipe de la TU Delft a réussi à convertir l’oxyde de graphène en un composé réduit qui se rapproche du graphène par biotransformation. Leur étude instituée « A Straightforward Approach for 3D Bacterial Printing » a été publiée le 22 février 2017 dans  le Journal of the American Chemical Society. Les chercheurs qui l’ont coécrit sont Benjamin A. E. LehnerDominik T. Schmieden, et Anne S. Meyer. Dans cet article, l’équipe décortique les trois étapes principales de la bioproduction-impression de l’oxyde de  graphène réduit et explique le potentiel de leur méthode dans la production de matériaux inédits. Certes, les bactéries sont aujourd’hui fréquemment exploitées dans la synthèse des matières inorganiques comme les adhésifs à base d’amyloïde et la production des bioplastiques et de nacre. Or la méthode des chercheurs de la TU Delft est une première dans la mesure où elle intègre dans son processus l’impression 3D.

Comment imprime-t-on de l’oxyde de graphène réduit biosynthétisé?

Une culture d’Escherichia coli (E. coli)une bactérie intestinale des mammifères, placée sur des feuillets d’oxyde de graphène, est capable de réduire ce composé en retirant des atomes d’oxygène du matériau par métabolisation. En partant de ce fait, les chercheurs ont pensé à utiliser l’E. coli dans les techniques de bio-impression 3D pour produire de petites constructions de graphène. Or les imprimantes peu coûteuses, utilisées pour la fabrication additive de matériaux non biologiques comme la stéréolithographie ou le frittage laser sélectif, ont recours à une température haute qui tue les bactéries. D’un autre côté les machines de bio-impression conçues pour les applications de l’ingénierie tissulaire et de la médecine coûtent très cher. Face à ce dilemme, les chercheurs ont choisi de bricoler leur propre imprimante en modifiant une machine commerciale et en s’inspirant des techniques d’impression biologique. Les modifications effectuées ont permis d’améliorer la résolution de la machine. L’extrudeuse de l’imprimante et la tête d’impression ont été remplacées par des pipettes qui assurent le transport des bactéries à température ambiante et qui permettent des dépôts tridimensionnels.

Concernant la technique d’impression, l’équipe a utilisé un mélange de gel d’alginate et de E. coli en guise de bio-encre qui se solidifie lors du processus d’impression. Les molécules d’alginate représentent un milieu biocompatible. L’encre est déposée sur une surface d’impression traitée au chlorure de calcium, laquelle provoque la solidification du gel sans tuer les bactéries. Afin d’optimiser la bio-encre et d’éviter la gélification de la solution dans les pipettes, les chercheurs ont expérimenté plusieurs concentrations d’alginate et d’ions de calciums. Le but éventuel est d’utiliser le gel pour imprimer un type de protéobactéries, appellé Shewanella oneidensis, afin de de réduire l’oxyde de graphène selon un motif précis et ainsi ajuster ses propriétés. Shewanella oneidensis est, depuis son isolation par Kenneth H. Nealson en 1988, utilisée dans la biosynthèse de nanomatériaux métalliques.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Profil de l'auteur(e)