Les polymères plasma obtenus par les procédés PECVD sont en général très réticulés et il est possible d’obtenir un éventail des polymères à propriétés physicochimiques différentes à partir d’un même précurseur. En effet la masse moléculaire moyenne des couches minces de polymère plasma et leurs propriétés physico-chimiques sont régies par les paramètres de fonctionnement du réacteur plasma tels que la puissance, le débit du précurseur, la fréquence d’excitation de la décharge, etc. Cependant les masses moléculaires des polymères plasmas sont très faibles (m/z < 1500, obtenu par MALDI-ToF) et non comparables avec des polymères traditionnels. Depuis une dizaine d’année, les chercheurs se sont intéressés à obtenir des polymères avec le maximum de rétention des fonctions des précurseurs de départ en pulsant la décharge. Ce mode pulsé permet de diminuer notablement la puissance moyenne dans la décharge pour limiter la fragmentation du précurseur de départ, afin de conserver les fonctions désirées du précurseur.
Les polymères plasmas avec des fonctions amines primaires ou fonctions carboxyliques sont particulièrement intéressants pour immobiliser sur les surfaces traitées des biomolécules via une liaison covalente peptidique. Ces dernières sont très recherchées dans le domaine biomédical et les capteurs chimiques et biochimiques entre autres.
Dépôt des couches adhésives ou non adhésives vis-à-vis des protéines et des cellules
Des polymères obtenus à partir de l’éthylène glycol (PEG) sont très reconnus pour avoir des propriétés anti-adhésives vis-à-vis des protéines et des cellules [7]. Pour cette raison, plusieurs types de décharges pulsées ont été optimisés afin de déposer des couches minces de PEG en mode impulsionnel. Le PEG et le PCL(PolyCaproLactone) sont tous les deux les polymères qui sont reconnus par le FDA (Food and Drug Administration). Contrairement au PEG, le PCL déposé en couche mince permet de favoriser l’adhésion cellulaire.
Dans le figure ci-dessous nous avons à l’aide d’un masque établi par microlithographie développé des microcircuits de surfaces adhésives et non-adhésives vis-à-vis des cellules cancéreuses d’ovaire, en déposant par plasma du PEG dans des motifs carrés de 100 µm et du PCL (à partir du précurseur CL) entre les carrés (rayures de 20 µm)
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Il est également possible d’optimiser les propriétés d’adhésion ou non-adhésion cellulaire en effectuant la copolymérisation de deux précurseurs.
Synthèse du polymère PCL-co-PEG par une décharge RF pulsée.
Les copolymères amphiphiles PEG-polymères perfluorodecamethacrylate (PFDA) ont été optimisés dans une décharge RF pulsée pour leurs propriétés antifouling vis-à-vis de deux protéines de taille et du point isoélectrique différents. Les copolymères PEG-PFDA optimisés en terme de l’énergie de surface repoussent les deux protéines (2).
Actuellement nous développons des patchs à partir des copolymères polycaprolactone-Polyethylèneglycole (PEG-PCL) pour les applications contrôlées de médicament anticancéreux dans le cadre du projet Plan Cancer – INSERM, Project ID PC201404) CORAPLAS (Controlled Release of Antineoplastic Drug from Low and Atmospheric Pressure Plasma Polymerized Biodegradable Coatings for Oncological Applications).
Multicouches à base de couches minces de polymères plasma déposées sur le substrat biocompatible du collagène
1) V. Kumar, J. Pulpytel, G. Guido, H. Rauscher, F. Rossi and F. Arefi-Khonsari, Amphiphilic copolymer coatings via Plasma polymerization process: Switching and anti-biofouling characteristics. Plasma Process. Polym., Plasma Process. Polym.2011, 8 , 373-385
2) S. Bhatt, J. Pulpytel, G. Ceccone, P. Lisboa, F. Rossi, V. Kumar,, F. Arefi-Khonsari, Nanostructured Protein Repellant Amphiphilic Copolymer Coatings with Optimized Surface Energy by Inductively Excited Low-Pressure Plasma, Langmuir, 2011, 27 (23), pp 14570–14580
3) S. Bhatt, J. Pulpytel, M. Mirshahi, F. Arefi-Khonsari, Catalyst Free Plasma Assisted Copolymerization of Poly (ε-caprolactone)-Poly (ethylene glycol) for Biomedical Applications, ACS Macro Lett. 1 (2012) 764−767
4) S. Bhatt, J. Pulpytel, M. Mirshahi,F. Arefi-Khonsari, Nano sized poly (e-caprolactone)-poly (ethylene glycol) coatings developed by catalyst free plasma assisted copolymerization process for biomedical applications , RSC Adv., 2012, 2, 9114-9123
5) S. Bhatt, J. Pulpytel, S. Mori, M. Mirshahi, F. Arefi-Khonsari, Cell Repellent Coatings Developed by an OpenAir Atmospheric Pressure Non-Equilibrium Argon Plasma Jet for Biomedical Applications. Plasma Process. Polym. 2013, DOI: 10.1002/ppap.201300076
6) S. Bhatt, J. Pulpytel, M. Mirshahi, F. Arefi-Khonsari, Plasma Co-polymerized Nano Coatings - As a Biodegradable Solid Carrier for Tunable Drug Delivery Applications, Polymer, Volume 54, Issue 18, 16 August 2013, Pages 4820–4829
7) S. Bhatt, J. Pulpytel, F. Arefi-Khonsari, Low and atmospheric plasma polymerisation of nanocoatings for bio-applications, Surface Innovations, ISSN 2050-6252 | E-ISSN 2050-6260, Volume 3, 2015, pp. 63-83, Themed issue on anti-fouling and related engineering surfaces
8)A. Baitukha, I. Al-Dybiat, A. Valinataj-Omran, J. Pulpytel, M. Pocard, M. Mirshahi and F. Arefi-Khonsari, Low Pressure Plasma Processing of Collagen Membranes for Anti-Cancer Drug Delivery, J Material Sci Eng.2018, 7:6 DOI: 10.4172/2169-0022.100
9)A. Baitukha, I. Al-Dybiat, A. Valinataj-Omran, J. Pulpytel, M. Pocard, M. Mirshahi, F. Arefi-Khonsari, Optimization of a low-pressure plasma process for fabrication of a Drug T Delivery System (DDS) for cancer treatment, Materials Science & Engineering C 105(2019)