Les hydrogels sont des réseaux polymérisés hydrophiles, reconnus pour leur biocompatibilité élevée. Capables de piéger l’eau et divers fluides, ils sont largement utilisés pour la libération contrôlée de médicaments, le ensemencement cellulaire et le génie tissulaire. La fabrication d’hydrogels repose sur le traitement plasma afin de créer des substrats propres assurant une excellente adhésion. Ce procédé est également employé pour le microstructurage et le collage de dispositifs microfluidiques utilisés dans le mélange de précurseurs d’hydrogels.
Cet article présente les nombreux avantages du traitement plasma pour le développement d’hydrogels robustes et polyvalents.
Microstructuration des hydrogels :
Les chercheurs utilisent des hydrogels microstructurés afin de reproduire avec précision les morphologies anatomiques des tissus biologiques. Un tampon polymère, généralement en PDMS (polydiméthylsiloxane), est pressé sur la surface de l’hydrogel pour former une microstructure. Le traitement plasma du tampon augmente son hydrophilie et élimine les contaminants susceptibles d’altérer l’adhésion.
Dans leurs travaux sur la régénération dentaire, Park et al. ont utilisé ce procédé. L’hydrogel à base d’acide hyaluronique méthacrylé (MeHA) a servi d’échafaudage cellulaire pour des cellules souches pulpaires dentaires (DPSC). Pour obtenir une forme imitant un germe dentaire, ils ont fabriqué un tampon en PDMS en forme de micro-puits et l’ont traité au plasma. L’augmentation de l’hydrophilie du PDMS a permis une meilleure mouillabilité de la solution MeHA et la formation de micro-puits dans l’hydrogel.
Figure 1 : Formation de micro-puits dans un hydrogel MeHA à l’aide d’un tampon PDMS traité au plasma (Park et al.).
De leur côté, Rexius-Hall et al. ont conçu des puces à hydrogels microstructurées, assemblées par traitement plasma, afin de modéliser avec précision la structure musculaire squelettique en 2D et prolonger la durée de vie des myotubes. Les substrats en polystyrène ont été traités au plasma pour les rendre hydrophiles avant d’être recouverts d’un hydrogel gélatine/MTG. Ce traitement a renforcé l’adhésion du gel au polystyrène. Les auteurs ont ensuite microstructuré le gel à l’aide de tampons PDMS, permettant l’alignement précis des myotubes issus de myoblastes C2C12.
Collage plasma des composants PDMS pour les études sur les hydrogels :
La fabrication d’hydrogels repose souvent sur des dispositifs microfluidiques assemblés via un collage plasma. Ces dispositifs sont généralement constitués d’une couche microcanalée en PDMS scellée sur une lame de verre. Le traitement plasma introduit des groupes hydroxyles (-OH) augmentant l’hydrophilie de surface. Une fois les deux surfaces mises en contact, des liaisons siloxanes (Si–O–Si) se forment, assurant une étanchéité parfaite. Cette hydrophilie accrue améliore la circulation des précurseurs d’hydrogels pendant la fabrication.
Par exemple, Correa et al. ont injecté un mélange de collagène et d’alginate dans un dispositif microfluidique pour former rapidement un hydrogel dense de collagène, la variation du débit et de la concentration d’alginate permettant d’ajuster l’épaisseur du gel. De même, Lobban et al. ont développé un dispositif microfluidique plasma-collé pour étudier la transition gel-sol de polymères hydrogels soumis à un refroidissement contrôlé. Enfin, Sanandiya et al. ont utilisé le collage PDMS-verre par plasma pour préparer des échantillons destinés à la microscopie confocale, injectant un hydrogel à base de nanofibres de cellulose dans un moule en PDMS lié à une lamelle de verre nettoyée au plasma.
Nettoyage plasma pour l’imagerie microscopique des hydrogels :
Le nettoyage plasma est souvent utilisé pour préparer les composants de microscopie avant l’imagerie d’hydrogels. Les supports SEM nettoyés au plasma offrent des surfaces impeccables pour le dépôt par spin-coating. Le traitement plasma des lames de verre élimine les contaminants fluorescents qui pourraient fausser les résultats en microscopie TIRF. Les cantilevers et substrats pour microscopie à force atomique (AFM) peuvent être fonctionnalisés par plasma afin de garantir la précision des mesures des forces d’adhésion des hydrogels.
Les équipements Harrick Plasma jouent un rôle clé dans ces protocoles, garantissant un nettoyage fiable et reproductible pour des analyses microscopiques de haute précision.
Nettoyage plasma des substrats pour la fabrication d’hydrogels :
Le traitement plasma favorise l’adhésion des hydrogels à des substrats variés (verre, métal, élastomère, céramique). Ainsi, Liu et al. ont nettoyé au plasma des substrats avant immersion dans une solution d’hydrogel à base de polyalcool vinylique (PVA). Les surfaces, allant des tubes aux fibres optiques, présentaient une adhésion optimisée grâce à l’élimination des contaminants organiques.
De leur côté, Van Helmond et al. ont appliqué un traitement plasma sur des lamelles de verre pour collecter des acides aminés présents dans des empreintes digitales sans altérer les détails des crêtes. Après dépôt d’une solution d’hydrogel DEX-MA entre les surfaces traitées et illumination, l’hydrogel formé a permis l’analyse des acides aminés par chromatographie UPLC.
Figure 2 : Protocole d’obtention d’acides aminés à partir d’empreintes digitales (Van Helmond et al.).
Dans une étude préliminaire, Parada et al. ont utilisé le Expanded Plasma Cleaner de Harrick Plasma pour étudier les propriétés antithrombotiques de tubes en PVC recouverts d’hydrogel. Le traitement à l’air plasma, suivi d’une immersion dans une solution de benzophénone puis de précurseurs d’hydrogel, a permis une formation uniforme du gel sur les surfaces internes et externes du tube. Le taux de coagulation sanguine dans les tubes traités a été réduit de moitié par rapport aux tubes non revêtus.
Figure 3 : Formation d’hydrogel sur les surfaces internes et externes de tubes en PVC grâce au traitement plasma (Parada et al.).
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