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Microdynamique de nanofibres magnétiques

- Porteur : Bossis Georges

- Collaborateurs LPMC : Kuzhir Pavel

- Collaborateurs extérieurs : Di-Giorgio C. (LCMBA, UNS), Zubarev A. (Université Fédérale de l’Oural, Ekaterinburg, Russie), Abbas M. (LGC, Toulouse)

- Doctorants/Post-docs : Mendez Juan

- Soutiens financiers : demande ANR octobre 2013

- Plateformes technologiques : Centre de micro & nanorhéométrie

- Description :

Les nano ou les microparticules magnétiques sont largement utilisées dans des applications biomédicales [1] : en premier lieu grâce à la possibilité de les collecter avec un aimant, après avoir piégé — en utilisant des ligands spécifiques — sur leur surface des molécules d’intérêt biologique. Elles peuvent aussi être utilisées in vivo pour l’accroissement du contraste en IRM ou même pour la destruction de cellules tumorales par hyperthermie. Dans cette dernière application, c’est la rotation du moment dipolaire magnétique à l’aide d’un champ magnétique alternatif qui induit l’élévation de température. Nous nous intéressons à ce dernier aspect et plus particulièrement aux effets mécaniques induits par le mouvement des nanoparticules lorsque celles ci ont une forme allongée au lieu de sphériques.Nous avons modélisé l’indentation de cellules biologiques par une particule et utilisé cette modélisation pour déduire la dépendance en fréquence des modules viscoélastiques à partir de mesures réalisées avec une pointe d’AFM de morphologie semblable à celle d’une particule [2]. Par ailleurs nous avons montré que l’application d’une force magnétique alternative sur des nanoparticules magnétiques déposées à la surface de cellules cancéreuses , pouvait induire leur destruction par création de pores dans la membrane [3]. Ces résultats ont été obtenus durant la thèse de B. Wang (Décembre 2012).

Nous poursuivons cette activité avec C. Di Giorgio (UMR 7272, Molécules Bioactives) et le concours de J.Mendez, actuellement en post doc à l’ICN jusqu’en février 2014, sur la fonctionnalisation spécifique de nanoparticules de fer avec des ligands capables de reconnaître certains types de cellules cancéreuses. L ’utilisation de particules submicroniques (ellipsoidales de grande longueur 200-300 nm) et de nanoparticules greffées à leur surface permet de combiner une action purement mécanique par application d’un champ magnétique basse fréquence avec un effet thermique obtenu par application d’un champ magnétique à une fréquence de l’ordre de 1MHz pouvant coupler avec le mouvement des moments magnétiques des nanoparticules. Cet aspect du projet lié à l’augmentation localisée de température sur des nanoparticules est conduite également en collaboration avec un théoricien : A. Zubarev (Université d’Ekaterinburg) dans le cadre d’un programme PICS du CNRS et avec Micheline Abbas (laboratoire de génie chimique de Toulouse) pour la simulation de la dynamique d’orientation des microfibres.

Par ailleurs pour les applications biologiques une demande d’ANR a été déposée par C.di Giorgio en collaboration avec le LPMC et une équipe de biologie (TIRO, UMR E4320).

Il faut noter que le projet sur les nanocomposites biosourcés mené en commun avec l’équipe de N. Sbirrazzuoli utilise également des microfibres magnétiques similaires [4]. Elles sont utilisées d’une part pour renforcer le matériau dans la direction de traction et d’autre part, grâce au même procédé de chauffage par application d’un champ magnétique, pour renforcer localement la réticulation à l’interface fibre-matrice.

[1] Q.A. Pankhurst et al., Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, J. Phys. D. Appl. Phys. 36, R167 (2003)
[2] Biran Wang, Pascal Lançon, Céline Bienvenu, Pierre Vierling, Christophe Di Giorgio, and Georges Bossis, A general approach for the microrheology of cancer cells by Atomic Force Microscopy Micron 44, 287-297 (2013)
[3] B. Wang, C. Bienvenu, J.M. Garza, P. Lançon, A. Madeirs, P. Vierling, C. Di Giorgio, G. Bossis, Necrosis of HepG2 cancer cells induced by the vibration of magnetic particles, Journal of Magnetism and magnetic materials, 344 (2013) 193-201
[4] Jéssica Alves Marins, Alice Mija, Jean-Mathieu Pin, Françoise Giulieri, Bluma Guenther Soares, Nicolas Sbirrazzuoli, Pascal Lançon, and Georges Bossis, Mechanical properties of hybrid nano-composites based on sepiolite fibers aligned by a magnetic field, Euromat 2013, Séville (Spain), 8-13 september 2013

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Magnétorhéologie - Nanomatériaux