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Amélioration de l'adhésion de revêtements organiques déposés par plasma froid sur polymères pour applications biomédicales

Sbai, Marouan (2013). Amélioration de l'adhésion de revêtements organiques déposés par plasma froid sur polymères pour applications biomédicales. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les modifications de surfaces par plasma connaissent un essor important dans le domaine biomédical, par exemple en permettant d'optimiser la réponse biologique sans altérer les propriétés d'implants médicaux. Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’étude de revêtements «polymères-plasma» (PP) riches en groupements fonctionnels, e.g. amines primaires, développés afin d'améliorer l'adhésion et la croissance cellulaire et de permettre le greffage covalent de biomolécules actives, en particulier sur des prothèses vasculaires et endovasculaires. L’adhésion et la stabilité de ces PP sur des substrats, tant à sec qu’en milieu aqueux, s’avèrent donc des paramètres cruciaux à évaluer et optimiser. Les objectifs de ce projet consistent d’une part, à évaluer l’adhésion des PP sur le poly(tétrafluoroéthylène) (PTFE) et le poly(éthylenetéréphthalate) (PET) en milieu sec et humide et d’autre part, à optimiser l’adhésion à la surface du PTFE en la prétraitant par plasma d’ammoniac (NH3) avant le dépôt du revêtement.

Le PP étudié ici (désigné «LP»), préparé à partir d'un mélange d'éthylène (C2H4) et d'ammoniac, est déposé sur deux substrats polymériques, le PET et le PTFE. Son adhésion est évaluée par test de pelage selon la norme ASTM F1842. Une coloration après pelage du revêtement suivie d'une analyse d'image est ensuite réalisée pour déterminer le pourcentage de revêtement enlevé. L’optimisation de l’adhésion sur le PTFE est effectuée en variant les paramètres de prétraitement tel que la puissance, la pression et le temps. Les compositions en surface et la mouillabilité du LP et des surfaces prétraitées, à l'état sec et après immersion dans l'eau déionisée, sont caractérisées par XPS et mesure d’angle de contact, respectivement.

L'adhésion du LP sur PET s'est avérée excellente en milieu sec, avec moins de 1% de délamination, mais relativement faible en milieu hydraté (avec un minimum de 4±6% et un maximum de 44±7% à 5min et à 60min d’immersion en eau déionisée, respectivement. L’adhésion sur le PTFE est faible, avec 56% et 75% de délamination en milieu sec et hydraté, respectivement. Ces pourcentages peuvent être diminués substantiellement par prétraitement plasma. L’optimisation des paramètres de prétraitement a montrée qu’une délamination quasi-nulle est obtenue avec un prétraitement par plasma NH3 de 15s à 100 mTorr et 50W (0% et 8±3% à l’état sec et à 30min d’immersion), respectivement. Le plasma N2, utilisé à titre de comparaison, s’avère beaucoup moins efficace.

La composition chimique du LP et la croissance cellulaire sur le LP/PTFE prétraité n’ont pas été significativement affecté par ce prétraitement. Plus d’investigations sont requises pour expliquer l’évolution de l’adhésion du PET en milieu liquide.

Titre traduit

Adhesion improvement of organic coating deposited by cold plasma on polymers for biomedical applications

Résumé traduit

Plasma surface modification is commonly used in biomedical field, for example to enhance cell adhesion and growth surrounding the stent covers without affecting its bulk properties. Plasma polymer (PP) deposition used to create thin films rich in functional groups, e.g. primary amines, known to enhance the cellular response and allow grafting of biomolecules especially on stent grafts. Thin film adhesion to stent polymeric cover should be considered especially as they will evolve in a biological environment. The aim of this project is to evaluate the adhesion of PP on polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyethyleneterephthalate (PET). Thereafter, an ammonia plasma treatment on PTFE is performed prior to deposition of PP to optimize the PP/PTFE adhesion.

PP studied here (referred to as "LP") is prepared from a mixture of ethylene (C2H4) and ammonia (NH3). It is deposited on two supports, PET and PTFE. The interfacial adhesion between the LP coating and the substrate was evaluated by "Peel-test 180 °" according to ASTM F1842. Staining of the surface after peel test followed by an image analysis was performed to determine the percentage of removed coating. Adhesion optimization is done by varying operating plasma parameters such as power, pressure and pretreatment time. Chemical analyses and wettability of LP and pretreated surfaces in dry and wet conditions are characterized by XPS and contact angle measurements, respectively.

The adhesion of LP/PET was excellent in a dry environment (<1%), but lower under wet conditions (4±6% and 44±7% as minimum and maximum values at 5min and 60min of immersion in deionized water, respectively). However, 56% to 75% of the LP is removed from virgin PTFE in a dry and wet environment, respectively; percentages can be substantially reduced by plasma pretreatment (0% and 8±3% in air and 30min in deionized water). Almost no delamination was observed with NH3 plasma pretreatment at 15s, 100 mTorr and 50W. N2 plasma pretreatment, for comparison, proves much less effective.

The LP/PTFE adhesion is considerably improved by plasma pretreatment compared to untreated samples. The chemical LP composition and the cell growth on LP/pretreated PTFE are not significantly affected by this pretreatment. Further investigations are required to explain the LP/PET low adhesion in wet conditions.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration technologie de la santé" Bibliogr. : p. [87]-94.
Mots-clés libres: Biomatériaux. Plasmas froids. Adhésion (Physique) Polytétrafluorethylène. Polyéthylène téréphtalate. peel-test, plasma, polymère-plasma, prétraitement, PTFE
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lerouge, Sophie
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 29 mai 2013 14:51
Dernière modification: 10 mars 2017 21:33
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1165

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