Taille, morphologie, granulométrie et composition chimique en pharmacologie - MEB/FIB/EDX

Ces dernières années, de nombreux efforts de recherche ont été consacrés au développement de micro et nano-vecteurs de médicaments, développés pour la libération contrôlée et la délivrance ciblée des substances actives. Les substrats utilisés pour libérer le principe actif sont souvent de composition proche de celle des polymères, et donc sensibles au faisceau d'électrons. 

Le MEB permet d'examiner la morphologie et la taille des nanoparticules, utilisées dans les formulations pharmaceutiques. Avec sa Haute Résolution, il est possible de visualiser les détails de la structure des nanoparticules.

Les propriétés de relargage des micro/nanoparticules peuvent varier en fonction de leurs dimensions, de leurs formes, de leurs structures de surface et de leurs compositions chimiques. Le MEB permet d'analyser, avec une résolution élevée, les caractéristiques telles que la taille, la morphologie et la structure des microsphères, contribuant à l'optimisation de leur capacité de libération des principes actifs et de la conception des médicaments.

Le MEB donne accès à la distribution en nombre des nanoparticules, données clés pour définir un nanomatériau. 

L’Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) distingue les nanoparticules des nanomatériaux. Une nanoparticule est une particule dont les trois dimensions sont comprises entre 1 et 100 nm. En ce qui concerne les nanomatériaux, l'INRS les définit comme « un matériau dont au moins une dimension externe est à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire comprise entre 1 et 100 nm ou qui possède une structure interne ou de surface à l’échelle nanométrique » (définition retrouvée dans la norme ISO TS 80004-1). La Commission européenne quant à elle considère une concentration seuil de 50 % de nanoparticules pour définir un nanomatériau. Depuis presque dix ans, TESCAN ANALYTICS appartient aux groupes de travail autour des nanoparticules animés par le LNE. En 2022, l'association Nanomesure France, à laquelle apppartient TESCAN ANALYTICS, a vu le jour ayant pour but de structurer la filière industrielle des nanoparticules.

Le MEB est une technique capable de produire des images en haute résolution de la surface d’un échantillon. Il est utilisé dans de nombreux domaines ; de la biologie aux sciences des matériaux en passant par la microélectronique... et sur tous types d'échantillon. Même les matériaux isolants peuvent être observés après métallisation, sous atmosphère contrôlée ou encore sous basse tension (proche de 1 keV).

Le MEB est généralement utilisé pour étudier la morphologie en 3D avec une résolution nanométrique d’un objet. La composition chimique élémentaire peut également être obtenue par microanalyse X.

Le principe de cette technique repose sur l'utilisation d'un faisceau d’électrons incidents de quelques dizaines de kilovolts balayant la surface de l’échantillon qui réémet alors tout un spectre de particules et de rayonnements : électrons secondaires, électrons rétrodiffusés, électrons Auger et rayons X. La détection des différentes particules ou rayonnement émis fournit des informations sur l’échantillon : sa morphologie, sa topographie, sa structure cristalline, sa composition chimique élémentaire (analyse qualitative et semi quantitative)... La FIB (Focused Ion Beam) est un faisceau d'ions focalisés permettant en association avec le MEB un micro-usinage de la surface de l'échantillon. Les deux principales applications associées sont la réalisation de cross sections et de lames minces pour le MET.

TESCAN ANALYTICS possède une expertise de plus de 30 années dans l'utilisation du MEB/FIB/EDX sur tous types de matériaux, isolants ou conducteurs... Avec des instruments de dernière génération, notre équipe d'experts travaille avec l'ensemble des secteurs industriels.

 

Image 2 : Image MEB Haute Résolution de microparticules de PLGA libérant des médicaments de manière prolongée dans le temps : observation à grande échelle (2 x 2 µm²)

Image 3 : Image MEB d'un principe actif sous forme de poudre (5 x 5 µm²)
 

Image 4 : Image MEB microvecteurs polymères pour lla libération prolongée de médicaments (600 x 600 µm²)

Dans ces exemples non exhaustifs, il a été démontré que la microscopie électronique à balayage (MEB) associée ou non à la FIB et à l'EDX est un outil de microscopie ultra puissant pour l'étude de la structure, de la distribution en taille et de la chimie des micro- nanovecteurs utilisés en pharmacologie.

Avec une excellente profondeur de champ (~ 100 x celle de la microscopie optique), le MEB fournit des images Haute Résolution de tous les matériaux.

Pour plus d'applications d'analyse par MEB ou par nos autres techniques analytiques et microscopiques, cliquez ici.

La combinaison des techniques MEB/EDX et ToF-SIMS facilite l'analyse complète de la composition élémentaire et moléculaire des matériaux. L'AFM donne accès à la morphologie 3D ainsi qu'aux propriétés mécaniques de surface des nanoparticules. La tomographie RX permet de visualiser de manière non destructive les caractéristiques internes telles que la porosité, les fissures et la répartition des phases. En mode dynamique, il est possible de visualiser "in situ" les changements en 3D des structures internes d'un matériau lorsqu'il subit des modifications telles que des déformations mécaniques, des changements de température ou l'absorption de liquides.