Le couplage MEB-FIB-µRaman en conditions cryogéniques : nouvelle voie de caractérisations structurale et chimique des échantillons biologiques.

Mouad ESSANI*¹, Jean-Yves MEVELLEC¹, Baptiste CHARBONNIER², Philippe MOREAU¹, Hilel MOUSSI^1,2, Pierre WEISS³, Jean LE BIDEAU¹, Maxime BAYLE¹, Bernard HUMBERT¹, Patricia ABELLAN*¹

1. Nantes Université, CNRS, Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN), F-44000 Nantes, France
2. Nantes Université, INSERM, UMR 1229 RMeS/ONIRIS, Regenerative Medicine and Skelton laboratory, F-44042 Nantes, France
3. Nantes Université, CHU Nantes, INSERM, UMR 1229 RMeS/ONIRIS, Regenerative Medicine and skeleton laboratory, F-44042 Nantes, France

Le développement d'instruments permettant de combiner des techniques analytiques avec des outils d'imagerie a permis de grands progrès dans plusieurs domaines, notamment en science des matériaux et en imagerie biomédicale.

En particulier, la corrélation in situ entre la microstructure des matériaux biologiques dans leur environnement natif et leurs propriétés physico-chimiques est rendue possible grâce à l’utilisation combinée de la microscopie électronique à balayage en conditions cryogéniques (cryo - MEB) et la spectrométrie micro-Raman (μRaman). En outre, la cryo-MEB peut-être couplée à l’analyse avec une sonde d’ion focalisé (en anglais, Focused Ion Beam : FIB), ce qui permet de révéler la structure interne de ces échantillons à des niveaux de profondeur pouvant atteindre les dizaines de µm.

En cryo FIB-SEM, l’étude de la structure originale des échantillons hydratés nécessite d’avoir recours à des méthodes rapides et efficaces pour évaluer les conditions de vitrification in situ. Ce travail rapporte, pour la première fois, l'utilisation d'un instrument cryo-FIB-SEM-μRaman permettant d’évaluer la précision des méthodes de cryo-fixation.

Les analyses ont été effectuées sur un échantillon hydraté composé d’un ciment de phosphate de calcium et de la gélatine. Les résultats montrent que le signal μRaman est sensible aux modifications de la structure moléculaire de la phase aqueuse et peut être utilisé pour examiner la profondeur de la glace vitreuse dans des échantillons congelés.

La méthode présentée dans ce travail fournit un moyen fiable pour éviter les artefacts d'imagerie en cryo-FIB-SEM liés à la cryo-fixation et constitue, de ce fait, un grand intérêt dans l'étude des matériaux vitrifiés présentant une forte teneur en eau.