Une nouvelle méthode d’impression 3D intègre l’électronique dans des microcanaux pour créer des dispositifs microfluidiques flexibles et extensibles

Dans le monde en constante évolution de la technologie, une révolution discrète mais révolutionnaire est en marche : l’intégration de l’électronique dans des microcanaux grâce à une méthode d’impression 3D novatrice. Cette avancée ouvre la voie à la création de dispositifs microfluidiques flexibles et extensibles, offrant un potentiel immense pour des applications aussi diverses que passionnantes. Découvrons ensemble comment cette fusion entre l’électronique et la microfluidique ouvre de nouvelles perspectives technologiques prometteuses.

Révolution des structures microfluidiques 3D

La transition des structures microfluidiques de la 2D vers la 3D représente un pas décisif dans le domaine de la microfluidique, apportant des avantages tant pour les applications scientifiques qu’industrielles. Les systèmes tridimensionnels permettent une amélioration significative du débit par des opérations parallèles. Lorsqu’ils sont remplis de matériaux conducteurs tels que le métal liquide, ces réseaux élastomères souples favorisent une intégration harmonieuse entre microfluidique et électronique.

Limites des méthodes traditionnelles

Les méthodes traditionnelles comme la fabrication par lithographie souple nécessitent des installations en salle blanche et présentent des limites pour la réalisation de microcanaux 3D entièrement automatisés. Les procédés manuels impliqués, tels que le moulage de polydiméthylsiloxane (PDMS) et l’alignement couche par couche, freinent le potentiel de l’automatisation dans la production de dispositifs microfluidiques.

Avancées de l’impression 3D

L’impression 3D se présente comme une alternative prometteuse aux méthodes de fabrication microfluidiques traditionnelles. Des techniques de photopolymérisation telles que le stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique par projection de lumière (DLP) permettent de créer des microcanaux complexes. Cependant, ces méthodes rencontrent des difficultés pour intégrer des éléments électroniques externes durant le processus d’impression.

Optimisation de la méthode DIW

Les techniques d’extrusion telles que le modélisme par dépôt de fil fondu (FDM) et l’écriture directe d’encre (DIW) offrent une fabrication automatisée mais rencontrent des obstacles pour l’impression de structures creuses en élastomère. L’enjeu principal réside dans le choix d’une encre qui équilibre la douceur pour l’intégration des composants et la robustesse pour l’intégrité structurelle, afin de réaliser des dispositifs microfluidiques entièrement imprimés et interconnectés avec des fonctionnalités intégrées.

Solution innovante de la SUTD

Les chercheurs du Soft Fluidics Lab de l’Université de Technologie et de Design de Singapour (SUTD) ont apporté une réponse à ces défis grâce à deux avancées majeures. Ils ont optimisé les réglages de l’impression 3D DIW pour créer des structures creuses sans support pour le scellant en silicone, et ont démontré la faisabilité de microcanaux multilayer interconnectés avec des trous de passage entre les couches.

Intégration des composants électroniques

Un autre défi a été l’intégration des composants électroniques dans les microcanaux durant le processus d’impression 3D. La recherche a tiré parti de résines à polymérisation progressive pour immobiliser les petits éléments électroniques comme les étiquettes RFID et les puces LED. L’auto-alignement de ces éléments avec les microcanaux a permis l’auto-assemblage des composants avec les câblages électriques lors de l’infusion de métal liquide à travers les canaux.

Applications pratiques

Pour démontrer les avantages pratiques de cette technologie, l’équipe a créé une étiquette RFID attachable à la peau en utilisant un pansement adhésif commercialement disponible comme substrat et un dispositif d’éclairage sans fil flexible. L’étiquette RFID fabriquée présente une haute stabilité malgré des cycles répétés de déformation, soulignant la robustesse et la performance de cette nouvelle méthode.

Perspective et potentiel

Cette technologie ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication automatisée de circuits imprimés extensibles avec une configuration tridimensionnelle de circuits électriques à base de métaux liquides. Les dispositifs microfluidiques complexes, tels que les capteurs multifonctionnels et les structures pour l’ingénierie tissulaire en 3D, sont également rendus possibles.

Pourquoi cette méthode est-elle importante ?

Les dispositifs électroniques nécessitent souvent une configuration 3D des fils conducteurs, ce qui est difficile à réaliser avec les méthodes d’impression 3D conventionnelles. La solution proposée par l’équipe de la SUTD permet de surmonter ces difficultés et facilite la fabrication de dispositifs microfluidiques flexibles et extensibles en utilisant des métaux liquides dans des microcanaux 3D.

Points clés de la nouvelle méthode d’impression 3D