Des micro-nageurs portés par les champs magnétiques

Publié par Adrien le 08/05/2021 à 09:00
Source: CEA
Au sein d'une collaboration internationale, les chercheurs du Biam sont parvenus à produire, par impression 3D, des micro-nageurs qui pourront être guidés à l'aide de champs magnétiques, éventuellement dans l'organisme humain et à des fins thérapeutiques.

L'équipe de microbiologie (La microbiologie est une sous-discipline de la biologie basée sur l'étude des...) environnementale et moléculaire du Biam travaille actuellement sur des micro-nageurs. Ces dispositifs d'une taille de l'ordre du micromètre (Un micromètre (symbole μm) vaut 10-6 = 0, 000 001 mètre.) sont capables de se déplacer dans un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) et sont envisagés pour une multitude d'applications biomédicales.

La plupart de ces micro-nageurs ont des formes hélicoïdales, car ils sont inspirés à la fois par les flagelles rotatifs des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) et par les hélices construites par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...). Leur déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) peut être contrôlé à l'échelle microscopique par un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) rotatif qui agit sur l'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) disposant elle‑même un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) à son axe. Cependant, dans ces conditions, les hélices ne permettent pas d'être guidées dans toutes les directions. C'est pourquoi le groupe de chercheurs du Biam s'est orienté vers l'étude de micro-nageurs de formes différentes.

Lors de leurs précédents travaux sur des micro-nageurs obtenus par synthèse chimique, les chercheurs avaient observé que le déplacement de certains d'entre eux, avec une forme différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) des hélices classiques, variait en fonction de la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de rotation du champ magnétique. 20 rotations par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) les faisaient se déplacer dans une direction à une vitesse (On distingue :) d'environ 2 µm/seconde, tandis que 70 rotations par seconde les propulsaient dans la direction opposée à une vitesse d'environ 3 µm/seconde.

Dans leurs derniers travaux, les chercheurs ont donc sélectionné les micro-nageurs dont les comportements étaient les plus intéressants et en particulier ceux dont la direction changeait en fonction de la fréquence. Ils ont numérisé leur forme et les ont reproduits par micro‑impression 3D. Cette sélection dirigée a permis de mettre en évidence une variété de comportements et de dépendances vitesse-fréquence indiquant des propriétés magnétiques différentes pour des formes identiques.

Ces recherches ont permis de résoudre des difficultés techniques comme la sélection et le design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets,...) des formes les plus adaptées, et en ont révélé d'autres comme la précision de l'impression 3D, ou bien l'enrobage (L'enrobage est un procédé industriel consistant à appliquer une couche de liquide ou...) des micro-nageurs par un film de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) qui permet leurs réactions aux lignes de champs magnétiques, mais qui modifie leur forme et leur poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...), et qui peut également s'oxyder.

Les applications des micro-nageurs vont se multiplier. Il faudra être capable de produire des formes complexes autres que les hélices classiques et de comprendre l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) entre ces formes et leurs caractéristiques magnétiques et hydrodynamiques. De nouveaux développements devront permettre de contrôler les propriétés magnétiques des structures imprimées en 3D, par exemple en y incluant des nanoparticules magnétiques ou bien des systèmes de multicouches magnétiques.

Pour en savoir plus

Références:
Selection for Function: From chemically synthesized prototypes to 3D printed micro devices, Advanced Intelligent Systems
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