Posté par Adrien le Samedi 08/05/2021 à 09:00

Des micro-nageurs portés par les champs magnétiques

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 environnementale et moléculaire du Biam travaille actuellement sur des micro-nageurs. Ces dispositifs d'une taille de l'ordre du micromètre sont capables de se déplacer dans un fluide 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 et par les hélices construites par l'homme. Leur déplacement peut être contrôlé à l'échelle microscopique par un champ magnétique rotatif qui agit sur l'hélice disposant elle‑même un champ magnétique perpendiculaire 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 des hélices classiques, variait en fonction de la fréquence de rotation du champ magnétique. 20 rotations par seconde les faisaient se déplacer dans une direction à une vitesse 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 des formes les plus adaptées, et en ont révélé d'autres comme la précision de l'impression 3D, ou bien l'enrobage des micro-nageurs par un film de nickel qui permet leurs réactions aux lignes de champs magnétiques, mais qui modifie leur forme et leur poids, 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 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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