La technique de microscopie révèle les détails à l’échelle nanométrique des revêtements lorsqu’ils sèchent

Terne. Lent. Immuable. Comme regarder la peinture sécher.

Mais regardez de plus près cette peinture – jusqu’à l’échelle nanométrique – et il se passe beaucoup plus que vous ne le pensez.

Des chercheurs du laboratoire Gilchrist du PC Rossin College of Engineering and Applied Science de l’Université de Lehigh observent l’évolution des revêtements à mesure qu’ils sèchent avec une précision révolutionnaire à l’échelle microscopique. Leurs résultats ont été récemment publiés dans Rapports scientifiques.

Les revêtements en couches minces font bien plus que de peaufiner les murs. Par exemple, ils peuvent être utilisés comme dispositifs pharmaceutiques dans des films comestibles, similaires à ceux utilisés pour délivrer des médicaments utilisés pour lutter contre l’épidémie d’opioïdes. La façon dont ces revêtements sèchent peut modifier leurs propriétés, ce qui est particulièrement important pour les films utilisés dans l’administration de médicaments.

Dans leur article, « L’évolution de la microstructure chimique contre mécanique dans le séchage des revêtements colloïdaux et polymères », les chercheurs de Lehigh ont examiné comment les particules se réorganisent pendant le séchage lorsque leurs interactions sont ajustées. Ces particules se sont comportées comme un substitut de l’ingrédient pharmaceutique actif dans un film d’administration de médicament.

Titiporn Kaewpetch, étudiante diplômée, regarde directement à l’intérieur de ces films en utilisant la microscopie à balayage laser confocal à grande vitesse pour prendre des milliers d’images qui donnent des détails à l’échelle nanométrique sur la façon dont les particules s’écoulent et s’assemblent pendant le séchage. Des gigaoctets de données pour chaque film sont rendus pour révéler leur structure 3D, donnant des détails de simulation sur les processus internes autrement cachés qui se produisent.

Les chercheurs ont découvert que lorsque les particules s’attirent, elles forment un échafaudage qui se boucle et se brise pendant le séchage en raison du mouvement de l’interface supérieure. « La microstructure des particules attractives à chaque point du séchage est liée à l’histoire de l’évolution du film », explique James Gilchrist, professeur au Département de génie chimique et biomoléculaire. Leur analyse 3D de l’évolution de la microstructure révèle des signatures claires de ce processus tout au long du séchage par rapport à celles où les particules sont répulsives.

« Dans de vrais systèmes d’administration de médicaments, de nombreux ingrédients interagissent les uns avec les autres, changeant toujours la concentration et leurs interactions tout au long du séchage », explique Gilchrist. « En réduisant ce processus aux ingrédients essentiels, nous pouvons voir ces interactions au fur et à mesure qu’elles se produisent. Cela peut permettre de nouvelles perspectives sur la fabrication de ces films. »