Impression 3D et modification de surface in situ via polymérisation de transfert de chaîne d’addition-fragmentation réversible de type I

La fabrication additive et l’impression 3D ont révolutionné la fabrication de matériaux en fournissant des voies plus efficaces et plus faciles pour la fabrication de matériaux géométriquement ^complexes1. Outre les libertés de conception accrues dans l’impression 3D, ces technologies produisent moins de déchets que les procédés de fabrication soustractifs traditionnels grâce à l’utilisation judicieuse de matériaux précurseurs dans un processus de fabrication couche par couche. Depuis les années 1980, une large gamme de différentes techniques d’impression 3D a été développée pour fabriquer des composants polymères, métalliques et ^céramiques1. Les méthodes les plus couramment utilisées comprennent l’impression 3D par extrusion telle que la fabrication de filaments fondus et les techniques d’écriture directe à ^l’encre2, les techniques de frittage telles que le frittage sélectif au ^laser3, ainsi que les techniques d’impression 3D photoinduites à base de résine telles que la stéréolithographie au laser et par projection et les techniques de traitement de la lumière numérique ^masquée4 . Parmi les nombreuses techniques d’impression 3D existantes aujourd’hui, les techniques d’impression 3D photoinduites offrent certains avantages par rapport à d’autres méthodes, notamment une résolution plus élevée et des vitesses d’impression plus rapides, ainsi que la possibilité d’effectuer une solidification de la résine liquide à température ambiante, ce qui ouvre la possibilité d’une impression 3D de biomatériaux avancé4,5,6,7,8^{, 9. L}‘

Bien que ces avantages aient permis l’adoption généralisée de l’impression 3D dans de nombreux domaines, la capacité limitée d’adapter indépendamment les propriétés des matériaux imprimés en 3D limite les applications ^futures10. En particulier, l’incapacité d’adapter facilement les propriétés mécaniques en vrac indépendamment des propriétés interfaciales limite les applications telles que les implants, qui nécessitent des surfaces biocompatibles finement adaptées et des propriétés en vrac souvent très différentes, ainsi que des surfaces antisalissures et antibactériennes, des matériaux de capteurs et d’autres matériaux ^{intelligents11,12,13} . Les chercheurs ont proposé une modification de surface des matériaux imprimés en 3D pour surmonter ces problèmes afin de fournir des propriétés en vrac et interfaciales plus adaptables de manière plus indépendante10,14,15.

Récemment, notre groupe a développé un procédé d’impression 3D photoinduite qui exploite la polymérisation réversible par transfert de chaîne addition-fragmentation (RAFT) pour arbitrer la synthèse de polymères en ^réseau15,16. La polymérisation RAFT est un type de polymérisation radicalaire de désactivation réversible qui offre un degré élevé de contrôle sur le processus de polymérisation et permet la production de matériaux macromoléculaires avec des poids moléculaires et des topologies finement réglés, et une large portée chimique17,18,19. Notamment, les composés thiocarbonylthio, ou agents RAFT, utilisés lors de la polymérisation RAFT sont conservés après polymérisation. Ils peuvent ainsi être réactivés pour modifier davantage les propriétés chimiques et physiques du matériau macromoléculaire. Ainsi, après impression 3D, ces agents RAFT dormants sur les surfaces du matériau imprimé en 3D peuvent être réactivés en présence de monomères fonctionnels pour fournir des surfaces de matériau sur mesure20,21,22,23,24,25,26. La polymérisation de surface secondaire dicte les propriétés interfaciales du matériau et peut être effectuée de manière contrôlée spatialement par initiation photochimique.

Le présent protocole décrit une méthode d’impression 3D de matériaux polymères via un procédé de polymérisation RAFT photoinduite et la modification de surface in situ ultérieure pour moduler les propriétés interfaciales indépendamment des propriétés mécaniques du matériau en vrac. Par rapport aux approches précédentes d’impression 3D et de modification de surface, le protocole actuel ne nécessite pas de désoxygénation ou d’autres conditions strictes et est donc très accessible aux non-spécialistes. En outre, l’utilisation de matériel d’impression 3D pour effectuer à la fois la fabrication initiale du matériau et la post-fonctionnalisation de la surface fournit un contrôle spatial sur les propriétés du matériau et peut être effectuée sans l’alignement fastidieux de plusieurs photomasques différents pour créer des motifs complexes.