La NASA a accordé 1,13 million de dollars à des chercheurs de l’université du Nebraska Omaha (UNO) et de la société chilienne de nanotechnologie Copper3D pour développer et tester deux nouveaux matériaux recyclables et antimicrobiens destinés à la fabrication dans l’espace. Entièrement financée par le programme EPSCoR (Established Program to Stimulate Competitive Research) de la NASA, cette collaboration permettra d’explorer de nouveaux moyens de protéger les astronautes contre les contaminations microbiennes et parasitaires lors des missions spatiales, qui ont tendance à augmenter notamment en microgravité et dans les espaces confinés.
Astronaute à l’ISS de la NASA testant des matériaux d’impression 3D. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Copper3D.
Grâce à cette subvention, deux nouveaux matériaux antimicrobiens seront mis au point par Copper3D, puis fabriqués et testés sur Terre dans une réplique de l’Additive Manufacturing Facility (AMF), une plateforme de fabrication commerciale qui fonctionne dans la Station spatiale internationale (ISS) en orbite terrestre basse (LEO). Une fois la sécurité du matériau validée, l’équipe préparera les matériaux pour le lancement, l’exploitation, les tests et les activités de retour sur Terre.
Les chercheurs du département de biomécanique de l’UNO travailleront avec la NASA et le fabricant d’imprimantes 3D Made in Space (aujourd’hui filiale de l’entreprise spatiale Redwire et créateur de l’imprimante 3D AMF pour l’espace) pour créer les représentations imprimées des dispositifs spatiaux finaux ou des coupons de test et effectuer des tests ultérieurs de l’efficacité antimicrobienne sur Terre.
Mécanisme d’action des polymères antimicrobiens à base de cuivre. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Copper3D.
En tant que l’un des chercheurs collaborant à ce projet, le professeur de prothèses et d’orthèses imprimées en 3D de l’UNO, Jorge Zuniga, a décrit l’importance de disposer de nouveaux matériaux, outils, dispositifs médicaux et autres objets dotés de propriétés antimicrobiennes dans les missions spatiales. En outre, le codirecteur de la Biomechanics Rehabilitation and Manufacturing Initiative (BRMI) de l’UNO a déclaré que les défis les plus exigeants consistent à trouver des solutions pour aider les équipages des missions spatiales de longue durée qui souffrent d’une “dysrégulation du système immunitaire”, ce qui signifie que l’organisme ne peut pas contrôler les réponses immunitaires.
Plus important encore, M. Zuniga a déclaré qu’ils ont cherché des solutions aux bactéries et aux virus qui ont tendance à devenir plus résistants à la microgravité, ce qui, ajouté au facteur précédent, rend les missions spatiales de plus de six mois en orbite très risquées.
Exemples de dispositifs médicaux antimicrobiens imprimés en 3D avec les matériaux Copper3D. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Copper3D.
Toutefois, un facteur logistique supplémentaire doit être pris en compte dans la recherche, selon M. Zuniga. Compte tenu de l’espace limité disponible sur l’ISS et les autres futures stations d’exploration spatiale, les missions avec équipage exigent des systèmes de soutien logistique de plus en plus autonomes et décentralisés, afin de ne pas avoir à utiliser le précieux espace de chargement pour les fournitures et les matériaux. L’une des meilleures solutions qui ont vu le jour ces dernières années pour résoudre ce problème est la technologie d’impression 3D. Idéalement, les astronautes pourraient fabriquer leurs propres pièces de rechange et dispositifs médicaux entièrement à la demande pendant les longues missions spatiales.
Cependant, alors que les agences spatiales et les entreprises privées préparent la technologie spatiale qui fournira des dispositifs de fabrication à la demande suffisamment durables pour l’exploration spatiale, Copper3D a déjà commencé à intégrer quelques concepts de circularité dans ses recherches. L’idée est d’utiliser le même matériau plusieurs fois pour différentes applications. Ainsi, le matériau devrait être soumis à plusieurs processus de recyclage et de refabrication sans perdre ses propriétés antimicrobiennes. Il en résulterait un gain de poids, de temps, de missions de réapprovisionnement et d’autres complications logistiques et médicales qui rendraient les futures missions spatiales beaucoup plus réalisables et sûres.
Processus d’impression 3D et de recyclage de dispositifs médicaux antimicrobiens. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Copper3D.
Le partenariat entre UNO et Copper3D a un historique de collaborations avec la NASA, qui a débuté en 2018 avec un financement pour tester le filament d’impression 3D antibactérien phare de Copper3D en microgravité. Le PLA utilisé à l’époque s’appelle PLACTIVE et intègre un additif breveté à base de nanoparticules de cuivre capable d’éliminer les virus et les bactéries. Puis en 2019, un financement du bureau de la NASA Nebraska Space Grant a été accordé pour évaluer la faisabilité de l’impression 3D d’un ensemble de dispositifs médicaux destinés aux astronautes dans des conditions de gravité zéro.
Pionnier et leader mondial des matériaux et applications antimicrobiens pour l’industrie de l’impression 3D, Copper3D cherche à résoudre des problèmes uniques dans des environnements extrêmes, notamment les bases d’exploration spatiale. Concernant les attentes de cette étude et l’avenir de la technologie, Daniel Martínez, cofondateur et directeur de l’innovation de Copper3D, a déclaré que la technologie d’impression 3D antimicrobienne de la startup a rapidement trouvé de multiples domaines d’impact depuis sa création en 2017. Il a également suggéré que la collaboration en cours avec l’UNO et la NASA encourage son équipe à continuer à développer de nouveaux matériaux et des applications antimicrobiennes “pour les grands défis futurs auxquels nous devrons faire face dans la lutte contre les virus et les bactéries.”
“Nous croyons sincèrement que notre technologie peut prévenir les infections et sauver des vies à l’échelle mondiale, et nous sommes sur le point de le prouver à l’échelle interplanétaire également”, a révélé M. Martínez.
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