Étude expérimentale de procédés de bioimpression assistés par laser femtoseconde

Abstract

Ce mémoire est consacré à l’étude expérimentale de deux procédés de bioimpression assistée par laser femtoseconde, fonctionnant à 1030 nm. En effet, les lasers femtosecondes constituent un choix intéressant pour la bioimpression: la versatilité des matériaux qui peuvent être déposés et la zone affectée thermiquement négligeable sont des atouts pour l’impression de structures biologiques complexes, sans compromettre la viabilité et la fonctionnalité des matériaux biologiques transférés. Tout d’abord, la bioimpression assistée par laser femtoseconde avec couche absorbante métallique a été étudiée sur une bioimprimante adaptée au transfert de cellules (MODULAB®). Une étude expérimentale a été menée par observation du jet induit par laser grâce à un système d’imagerie résolue en temps (TRI) et par impression sur receveur (puits de culture). La rhéologie de la bioencre, certains paramètres laser, ainsi que la position de focalisation laser ont été variés lors des expériences. Des tests de viabilité cellulaire après l’impression ont permis d’identifier une énergie optimale de 3 μJ. L’étude de la variation de la position de focalisation a permis de prédire la plage de tolérance de la position de focalisation du laser : pour une énergie de 3,5 μJ et une ON équivalente de 0,125, la tolérance maximale dans la direction « z » était de 60 μm pour pouvoir imprimer.Dans un second temps, la bioimpression assistée par laser femtoseconde sans couche absorbante a été étudiée sur un montage expérimental comprenant un réservoir de bioencre via des paramètres opératoires clés (position de focalisation, ouverture numérique de l’objectif de focalisation, diamètre de goutte imprimé, la hauteur du jet de l’impression par TRI, la distance de transfert limite pour imprimer). L’impression était reproductible pour une distance d’impression de 75 % hmax à 100 % hmax, hmax étant la hauteur maximale du jet d’impression pour une condition expérimentale. L’utilisation du réservoir de bioencre a permis de trouver une position de focalisation z tolérante: Δz a été calculée (Zernike et l’aberration sphérique) et mesurée. Expérimentalement, Δz valait de 0 à 60 μm selon la bioencre et l’ON. Elle était maximale à l’ON 0,4. Cette tolérance est grande devant la profondeur de champs dans l’air (4 μm à l’ON 0,4) mais faible au regard de la tolérance sur la position du receveur qui peut subir une variation de 25% hmax, d’après la plage de reproductibilité.