STIC:STIC IV (2015)/COX et ses drugs

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1 Introduction

Pour ce second module, j'ai accepté de collaborer avec M. François Lombard sur un projet de Biologie. Celui-ci passait par créer un kit constructif représentant une protéine COX et différentes "drugs" (médicaments) qui viennent se fixer (ou pas) sur la protéine. Dans ce but la première étape a été de reccueillir les objets 3D qui étaient déjà créés. L'objectif final est de savoir si une "drug" se fixe ou pas sur la protéine COX en se basant sur leurs formes : en effet, si la forme de la "drug" correspond à la cavité de la COX ou celle-ci vient normalement se fixer nous pouvons dire que cette "drug" agit à cet endroit, cependant si la forme de celle-ci l'empêche de s'emboîter dans la cavité prévue pour, la "drug" ne devrait pas agir à cet endroit.

Il est important également de noter que la découpe de la protéine COX s'est faite selon des images qui m'ont été fournies, et qui sont consultables en cliquant ici. Bien que l'échéance du travail soit dépassée, je souhaite tenter de trouver avec M. François Lombard les coordonnées exactes de découpe afin de pouvoir, si possible, imprimer une nouvelle protéine COX cette-fois ci coupée à l'exact bon endroit.

2 Public cible

Le public cible initial de ce projet va d'étudiants en biologie au cycle d'orientation, jusqu'à des équipes d'enseignants et d'experts sur la thématique. Il va sans dire que les "drugs" (en anglais) et leur interaction avec la protéine COX font référence à des notions assez avancées en biologie, d'où un public cible mature.

3 Réalisation

3.1 Décision de la taille finale du projet

Le souhait de M. Lombard était de montrer cette relation de taille entre la (grande) protéine COX et les petites "drugs". On a donc commencé par imprimer la grande protéine COX en différentes tailles pour voir ce qui était réalisable. C'est ainsi que nous avons produit la COX en taille X1 (originale), X2 et nous avons tenté de la produire en X3. Bien évidemment les "drugs" ont dû être imprimée à la même échelle (X1, X2, X3) afin qu'elles soient proportionnelles face à la protéine.

Puisqu'une moitié de protéine COX en taille X3 prenait plus de 16h à être imprimée, j'ai décidé que la taille optimale pour ce projet était pour commencer de X2 (c'est à dire le double de la taille originale des fichiers 3D).

3.2 Impression des protéines

La première étape consistait donc à imprimer la protéine COX. Nous avons commencé par l'imprimer en taille originale, puis nous sommes rendus compte que cette taille était trop petite. J'ai donc tenté, à l'aide de M. Schneider et de son imprimante, d'imprimer une moitiée de protéine COX en taille X3 : cette impression ayant été un échec, je me suis retrouvé avec une tranche en taille X3 (cf. plus bas) et ai décidé qu'il fallait imprimer la protéine en taille X2 (double de l'original). C'est donc cette taille que nous avons choisi pour le projet final, bien que j'aie répertorié ci-dessous les autres tailles produites également.

À terme, il serait peut être intéressant pour M. Lombard de produire la protéine et les "drugs" à la taille X3 malgré le nombre d'heures d'impression que cela requiert.

3.2.1 Protéine COX - une moitié - Taille originale

Nous avons commencé par imprimer la protéine en taille normale (taille égale à la taille originale du fichier 3D) avant de nous rendre compte que c'était un peu petit et d'avoir choisi de tenter d'imprimer la protéine en taille X2 (double) ou X3 (triple de l'original).

Temps d'impression estimé : environ 2h par moitié
Imprimante utilisé : Felix 1.0 et 2.0
Filament utilisé : PLA
Trancheur : Slic3r
Présence de support pour l'impression : Oui, supports nécessaires.
Montage: Facile vu la taille de la protéine, supports arrachés à la pince
Fichier STL : cliquer ici

Protéine COX - X1 (PLA)

3.2.2 Protéine COX en deux moitiées - Taille X2

Temps d'impression estimé : plus de 4h par moitié
Imprimante utilisé : Felix 2.0 & CraftBot Plus
Filament utilisé : PLA
Trancheur : Slic3r & CraftWare
Présence de support pour l'impression : Oui, supports nécessaires.
Montage: Dificile et long vu la taille de la protéine, supports arrachés à la pince, environ 1h30 de post-production (arracher et lisser)
Fichier STL : cliquer ici

Protéine COX - X2 (PLA)
Protéine COX - X2 (PLA)

3.2.3 Protéine COX - une tranches - Taille X3

Temps d'impression estimé : environ 14h par moitié
Imprimante utilisé : Felix 2.0
Filament utilisé : PLA
Trancheur : Inconnu
Présence de support pour l'impression : Oui, supports nécessaires.
Montage: Facile vu que l'impression n'est pas arrivée à son terme et nous n'avons donc qu'une tranche. Cependant si l'impression avait été un succès, le traitement de la pièce après impression aurait été très long.
Fichier STL : cliquer ici

Protéine COX (PLA)

3.3 Impression des "drugs"

Les "drugs" se devaient d'être imprimées à la même taille que la protéine. Nous avons donc commencé par imprimer des "drugs" à la taille X1 et X3. Lorsque nous avons fixé la taille finale du projet (le double de l'original) j'ai produit les six "drugs" à l'aide de PLA traditionnel (rigide).

Je me suis rendu compte de la difficulté d'insérer les "drugs" dans la protéine : j'ai donc décidé qu'il était plus intéressant d'imprimer les "drugs" en PLA flexible (Ninjaflex) afin de moins dépendre de la perfection des pièces et de pouvoir les serrer/presser/déformer un tout petit peu en cas de besoin lors de la présentation. Vous retrouverez ainsi ci-dessous la description des paramètres utilisés pour l'impression des "drugs" en PLA rigide, mais également les réglages utilisés pour l'impression en NinjaFlex (PLA ultra-flexible).

Cliquez ici pour voir une timelapse de l'impression du Flurbiprofen.

3.4 Drugs en PLA rigide

Drugs en PLA rigide

3.4.1 Ibuprofen, Diclofenac, Celecoxib, Flurbiprofen, Nimesulid & Salicylic

Temps d'impression estimé : 10-20 minutes par "drug"
Imprimante utilisé : Felix 1.0 et 2.0 & CraftBot Plus
Filament utilisé : PLA
Trancheur : SFact & Intégré à CraftWare (Cura?)
Présence de support pour l'impression : Oui, supports de 1.4mm dès 65°
Montage: Facile, après avoir arraché les supports ainsi que le raft.
Fichier STL : cliquer ici

3.5 Drugs en PLA flexible (NinjaFlex)

Drug : "Flubiprofen"
Drug : "Celecoxib" (non nettoyé)
Drug : "Diclofenac"
Drug : "Nimesulid"
Drug : "Salicylic"
Drug : "Ibuprofen" (non nettoyé)

3.5.1 Introduction et astuces pour NinjaFlex

Suite à des essais avec du filament semi-flexible (SemiFlex) j'ai souhaité tenté d'imprimer les pièces avec du filament encore plus fexible, le NinjaFlex. Voici quelques observations que j'ai tiré de mes nombreux échecs concernant l'impression de NinjaFlex (avec une imprimante CraftBot Plus, ou pas) :

  • La densité dépend de la flexibilité que vous souhaitez. 100% rendra vos pièces molles mais très peu flexibles, et à 20% vous avez quelque chose de très très flexible, trop même pour servir de protection téléphone.
  • La vitesse d'impression est essentielle : trop lentement la buse se bouche, trop vite c'est le filament qui s'enroulent autour de l'extrudeur du fait de sa flexibilité.
  • La température d'impression doit être plus élevé que celle conseillée par le constructeur. Au mieux, j'imprimait à 245°C et je finissait l'impression à 235°C pour éviter des marques sur les parties supérieures des pièces.
  • Les raft (lits) en PLA peuvent être fait comme souhaité (une ou plusieurs couches, densités variables) mais avec du NinjaFlex sur du Klapton (feuille de protection et d'adhésion sur mon lit) ça colle énormement. Tellement qu'il est impossible d'enlever les pièces ensuite. La meilleure solution que j'ai trouvé est un raft de 3 couches, toutes de densité 100%. Ainsi lorsque l'on décole une partie du raft, le reste suit sans trop de problème.
  • Il est essentiel que le filament accède directement à la buse pour imprimer des filaments flexibles. Si ce n'est pas votre cas vous pourrez probablement trouver voir réaliser une pièce forçant le filament jusqu'à la buse, comme cet exemple trouvé sur Thingiverse.

3.5.2 Ibuprofen, Diclofenac, Celecoxib, Flurbiprofen, Nimesulid & Salicylic

Temps d'impression estimé : 25-45 minutes par drug
Temps d'impression estimé avec remplissage 100% : 45-65 minutes par drug
Imprimante utilisé : Craftbot Plus
Filament utilisé : NinjaFlex (PLA)
Trancheur : Intégré à CraftWare (Cura?)
Présence de support pour l'impression : Oui, supports de 1.4mm dès 65°. Présence également d'un Raft, de 5 couches.

Attention : Afin d'éviter que le filament NinjaFlex se torde et sorte de l'extrudeur, il est impératif que cache couche (layer height) soit égale à 0.1mm afin que le filament soit extrait à basse vitesse. À 0.3mm d'hauteur de couche, mon imprimante bloquait et n'allait pas plus loin. Il est également essentiel de vérifier les vitesses d'impression, qui se doivent d'être également lentes. J'ai utilisé 20mm/s pour la première couche, puis entre 20 et 30mm/s pour tous les autres réglages. La vitesse verticale est restée fixée à 5mm/s. Montage: Montage très facile puisqu'il a suffit d'arracher les supports et le raft à la pièce, ce qui est d'autant plus facile lorsque l'on utilise du NinjaFlex.

Fichier STL : cliquer ici

4 Fichiers STL

Les fichiers m'ayant été fournis étant des objets 3D au format STL, aucun fichier n'est paramétrable et il ne fait sens de vous fournir aucun autre type de fichier. J'ai cependant tenté de bien décrire les paramètres d'impression utilisés pour ces différents objets.

4.1 Fichiers STL

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