Propriétés magnétiques et mécaniques d'agrégats nonostructurés : application à la microraeologie et à la biologie

• Auteur / Autrice : Loudjy Chevry
• Direction : Jean-François Berret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, matière condensée et interfaces
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie

Rhéologie

Magnétisme

Nanoparticules

Résumé

La dialyse, sous champ magnetique constant, de nanoparticules d'oxyde de fer en présence de polymères de charge opposées, aboutit a la formation d'agrégats anisotropes unidimensionnels, les batonnets magnétiques. Ces nouvelles structures de forme allongée mesurent de 1 a 100 microns de longueur pour un diamètre d'environ 400 nanomètres. Cette thèse s'articule en deux parties. La première partie décrit l'étude des propriétes magnétiques de ces agrégats d'une part, et celle de leur rigidité, d'autre part. Après avoir rappelé les fondements du magnétisme dans la matière, nous montrons que les batonnets ont la propriété d'être superparamagnétiques c'est- a-dire qu'ils acquièrent un moment magnétique en présence d'un champ b, ce qui permet l'application d'une force ou d'un couple. Rapport à la rigidité de ces objets microscopiques, nous voyons ensuite comment la quantifier à partir de la déflection de batonnets fixés à un substrat en verre par une de leur extrêmité et soumis soit à un champ magnétique constant, soit à l'agitation thermique. La seconde partie est consacrée aux applications des batonnets en microrhéologie des fluides complexes et du milieu intracellulaire. Nous voyons comment les batonnets peuvent servir de sondes et permettre la mesure des paramètres viscoélastiques de fluides maxwelliens, à partir de leur diffusion rotationnelle ou de leur mouvement sous champ magnétique tournant. Nous voyons enfin comment ces expériences de microrheologie passive et active, réalisées dans le cytoplasme de fibroblastes, permettent d'en sonder les variations temporelles de viscosité et d'élasticité.

Dialysis, under a constant magnetic field, of iron oxide nanoparticles in presence of opposite charged polymers, results in the formation of one-dimensional anisotropic aggregates, called nanowires. These new structures of elongated shape are 1 to 100 microns in length with a diameter of about 400 nanometers. This thesis is divided into two parts. The first part describes the study of the magnetic properties of these aggregates on the one hand, and their rigidity on the other hand. After recalling the fundamentals of magnetism in materials, we show that the nanowires are superparamagnetic objects that is to say, they don't retain any significant amount of magnetization in the absence of an externally applied magnetic field, and thus do not form aggregates, but acquire a macroscopic magnetic moment when a magnetic field is applied, giving them an orientation toward the fielddirection. Then we see how to quantify their flexural rigidity from the deflection of rods attached to a glass substrate by one tip and subjected to a constant magnetic field, or to thermal agitation. The second part is devoted to applications of the nanowires in microrheology experiments of complex fluids and intracellular environment. We see how the rods may be used as probes and allow the measurement of fluid maxwellian viscoelastic parameters, from their rotational diffusion or their motion in a rotating magnetic field. Finally, we see how these passive and active microrheology experiments, produced in the cytoplasm of fibroblasts, allow to probe the temporal variations of viscosity and elasticity of cells.