Impression 3D et actionnement magnétique : Dépasser la limite de taille des endoscopes

Les endoscopes pilotables fabriqués par des méthodes traditionnelles, qui intègrent des composants optiques, des actionneurs et des structures mécaniques, sont limités dans leur capacité de miniaturisation, avec un diamètre extérieur global dépassant généralement 1 mm. Cela pose des défis pour leur accès aux plus fins vaisseaux sanguins et aux lumens étroits du corps humain.

En 2025, une étude publiée dans Communications Engineering, une revue sœur de Nature, a réalisé une avancée révolutionnaire. Aujourd'hui, nous allons interpréter ce rapport de recherche.

Cette étude collaborative menée par l'Université de Stuttgart en Allemagne et d'autres institutions a proposé et vérifié un microsystème endoscopique hautement compact et pilotable magnétiquement, imprimé en 3D. Son cœur réside dans la combinaison de la technologie d'impression 3D par polymérisation à deux photons et de l'actionnement magnétique, ce qui permet la fabrication intégrée en une seule étape d'un microsystème complet avec des structures optiques, mécaniques et microfluidiques directement sur la face d'extrémité d'un faisceau de fibres d'imagerie.

Le mode de fonctionnement de cette nouvelle technologie peut être difficile à appréhender, et le point clé réside d'abord dans l'expression "fabrication intégrée en une seule étape". Les méthodes traditionnelles impliquent la fabrication séparée de micro-composants tels que des microlentilles, des microressorts et des micromagnets, puis leur assemblage sous microscope, comme pour une chirurgie de micro-sculpture – un processus extrêmement difficile et sujet aux erreurs. En revanche, cette nouvelle technologie réalise "une impression, une formation intégrale" : tous les composants sont imprimés comme un tout interconnecté, intrinsèquement une seule unité, éliminant ainsi complètement les étapes cauchemardesques de micro-assemblage.

En éliminant le processus fastidieux de micro-assemblage, des systèmes micro-optiques complexes et précis sont fabriqués en une seule étape par impression 3D.

Des microbobines électromagnétiques sont intégrées au système, et le champ magnétique contrôlé par courant électrique entraîne les aimants liés aux polymères intégrés dans la microstructure, réalisant ainsi un mouvement précis des composants optiques.

Le diamètre global de tous les systèmes démontrés a été contrôlé avec succès en dessous de 900 micromètres (0,9 mm), le système d'actionnement rotatif le plus compact mesurant seulement environ 660 micromètres de diamètre, réalisant ainsi une miniaturisation remarquable des dispositifs endoscopiques pilotables.

L'équipe de recherche a démontré trois microsystèmes actionnables magnétiquement avec des fonctions distinctes, dotant les endoscopes respectivement des capacités de zoom, d'imagerie haute définition et de visualisation panoramique.

Principe : Une microlentille est supportée par trois ressorts hélicoïdaux et intégrée dans un aimant polymère magnétisé axialement. Lorsqu'elle est alimentée, le champ magnétique généré par la bobine électromagnétique pousse l'aimant et la lentille à se déplacer le long de l'axe optique.

Fonction : Le mouvement avant et arrière de la lentille modifie la distance focale pour obtenir le zoom (un rapport de zoom d'environ 1,3 fois a été obtenu lors des expériences), et il peut également être utilisé pour la mise au point à différentes distances de l'objet sans déplacer l'ensemble de l'endoscope.

Dimensions : Le microsystème lui-même a un diamètre de 500 micromètres et est intégré sur une fibre optique de 500 micromètres, avec un diamètre total d'environ 810 micromètres.

Principe : Une charnière flexible spécialement conçue (par exemple, quatre ressorts à lames parallèles) permet à la microlentille d'effectuer une translation latérale précise sous l'action d'un champ magnétique.

Fonction : Le mouvement latéral provoque un léger décalage dans le trajet optique d'imagerie, permettant ainsi d'acquérir plusieurs images légèrement décalées du même objet. En fusionnant ces images par des algorithmes, le problème inhérent de "pixellisation en nid d'abeille" des faisceaux de fibres d'imagerie peut être efficacement surmonté, améliorant considérablement la résolution de l'image. Des expériences ont prouvé que les images reconstruites peuvent distinguer clairement des franges qui étaient auparavant indiscernables.

Dimensions : Le diamètre global est également d'environ 810 micromètres.

Principe : Un microprisme avec un aimant polymère excentrique est monté sur deux barres de torsion. Un champ magnétique axial entraîne l'aimant, provoquant la rotation du prisme autour de son axe (un angle de rotation d'environ -6,9° à +9,0° a été mesuré lors d'expériences).

Fonction : La rotation du prisme modifie la direction du trajet optique, traduisant et élargissant ainsi le champ de vision observé. Cela permet aux cliniciens de visualiser des zones latérales sans déplacer l'endoscope lui-même, améliorant la conscience situationnelle dans les espaces restreints.

Dimensions : Imprimé sur une fibre optique de 350 micromètres, le système global a un diamètre d'environ 660 micromètres seulement, ce qui en fait le plus compact des trois.

Cette étude marque une étape importante dans la miniaturisation des endoscopes pilotables. En combinant une technologie de micro/nano impression 3D de pointe avec une conception ingénieuse d'actionnement magnétique, elle ouvre une voie technique entièrement nouvelle pour la chirurgie et le diagnostic mini-invasifs ultra-précis futurs dans des espaces extrêmement étroits tels que les vaisseaux sanguins cardiaques, le système nerveux et les applications pédiatriques. Lorsque "l'œil" d'un endoscope pourra non seulement "voir", mais aussi "zoomer", "faire un panoramique" et voir plus clairement, les limites de la médecine mini-invasive seront une fois de plus élargies.

Source de citation :

Rothermel, F., Toulouse, A., Thiele, S. et al. Systèmes endoscopiques imprimés en 3D actionnables magnétiquement. Commun Eng 4, 69 (2025). https://doi.org/10.1038/s44172-025-00403-8