Applications biomédicales de l'AFM: imagerie de revêtements d'hydrogel

NOTE D'APPLICATION

SIGNIFICATION DE LA TECHNIQUE

Matériaux utilisés dans dispositifs médicaux doit non seulement avoir les propriétés structurelles et mécaniques appropriées, mais ne peut pas provoquer de réactions corporelles graves et, idéalement, devrait favoriser une réaction de guérison. Les concepteurs de dispositifs médicaux utilisent divers traitements de surface, notamment des revêtements collés, pour répondre aux besoins de fonctionnalité et de biocompatibilité. L'application de revêtements à la surface de dispositifs médicaux peut améliorer ou modifier des propriétés telles que le pouvoir lubrifiant, le caractère hydrophobe / hydrophile et la biocompatibilité. Par exemple, les concepteurs de dispositifs médicaux explorent l'utilisation de revêtements tels que l'héparine sur les endoprothèses coronaires afin de réduire l'apparition de thrombose et de restinose. De nombreux cathéters sont recouverts d'hydrogels. Les revêtements d'hydrogel rendent les cathéters lubrifiants lorsqu'ils sont humidifiés, facilitant ainsi l'insertion sans rendre la manipulation préalable à l'insertion difficile.

Il est important que le fabricant comprenne le comportement du revêtement lorsqu’il est appliqué à un surface. Des techniques telles que la microscopie électronique conventionnelle ont des difficultés à imager des revêtements minces sur des échantillons non conducteurs. De plus, étant donné que la microscopie électronique est normalement une technique à vide poussé, l'échantillon doit être complètement sec. L'eau étant le principal constituant (> 80%) des hydrogels, le travail sous vide présente de sérieux obstacles. D'autre part, Microscopie à force atomique (AFM) fonctionne aussi bien sur les isolants que sur les conducteurs et permet d'imager des échantillons secs et humides. L'analyse par imagerie AFM génère des informations topographiques à haute résolution qui ne sont pas facilement disponibles à partir d'autres techniques.

RÉSULTATS

La figure 1 montre la topographie de surface d'une zone 5µm x 5µm d'un tube en polyuréthane revêtu d'un hydrogel lubrifiant. Les couleurs indiquent la hauteur de la surface - bleu foncé étant bas, rouge haut. La plage de hauteur (Z) est le nanomètre 100. La figure 2 est une image de phase de la même zone et a été acquise simultanément avec la figure 1. Les images de phase montrent le décalage de phase du cantilever oscillant par rapport à la force motrice en fonction de la position latérale. Le décalage de phase est sensible aux différences de propriétés du matériau dans un échantillon. Dans ce cas, l’image montre que le revêtement a des zones avec des caractéristiques physiques différentes. Ces différentes zones ne sont pas facilement apparentes dans l'image en hauteur du tube.

Figure 1 Image topographique d'un tube revêtu

Figure 1 Image topographique d'un tube revêtu

Figure Image de phase 2, même zone que la figure 1

Figure 2 Image de phase, même zone que la figure 1

Après le tube a été humidifié; cependant, la surface du tube devient assez uniforme, comme le montre la figure 3. Cela indique que l'ajout d'eau a radicalement modifié les caractéristiques du revêtement. Bien que cette image du tube humidifié ait été réalisée dans des conditions ambiantes, l’échantillon pouvait également être imaginé sous un fluide. L'AFM est unique parmi les techniques d'analyse par sa capacité à:

  • Produire des images extrêmement haute résolution
  • Fournir des informations sur la topographie et les propriétés physiques
  • Échantillons non conducteurs
  • Image dans des conditions ambiantes ou contrôlées
  • Ne nécessite aucune préparation d'échantillon

Figure 3 Phase image, tube après humidification

Figure 3 Image de phase, tube après avoir été humidifié

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