Modélisation d'un dispositif de diagnostic moléculaire ultrasensible : étapes de concentration de nanoparticules superparamagnétiques et hybridation d'oligonucléotides sur support fonctionnalisé par micropompe Marangoni

Modeling of a very sensitive molecular diagnostic device : concentration of superparamagnetic nano-sized particles and hybridization of oligonucleotids on a functionnalized surface enhanced by a Marangoni micropump

• Auteur / Autrice : Pascale Pham
• Direction : Philippe Massé, Jean-Luc Achard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Ce travail se situe dans le cadre d'un projet de recherche destiné à développer de nouveaux procédés de détection de molécules cibles biochimiques (oligonucléotides) en très faible quantité dans un échantillon liquide. Il comporte deux principales étapes. La première étape vise à concentrer les cibles grâce à des particules magnétiques fonctionnalisées qui les capturent et qui, pilotées par des aimants, les regroupent dans un échantillon liquide de volume réduit. La seconde étape vise à séparer les cibles des particules magnétiques et à les diriger vers un support plan fonctionnalisé où elles doivent s'hybrider. Des modèles magnétiques permettent tout d'abord de calculer les forces magnétiques créées par des dispositifs d'aimants permanents et les trajectoires des particules superparamagnétiques soumises à ces forces. Un modèle de type diffusion-convection prend en compte leur mouvement brownien. Une méthode en perturbation est appliquée à l'équation de magnétostatique pour estimer, par la méthode des travaux virtuels, les forces d'interaction magnétiques entre les particules qui sont à l'origine de leur agrégation sous champ magnétique. Concernant ensuite la seconde étape, les modèles mathématiques présentés décrivent un dispositif original appelé micropompe Marangoni. Cette dernière est constituée d'une goutte, siège d'un brassage thermocapillaire destiné à favoriser la cinétique d'accroche des cibles sur la surface fonctionnalisée mise en contact avec la goutte. Le modèle de l'écoulement Marangoni dans la goutte tient compte des phénomènes de vaporisation-condensation entre la goutte et sa vapeur et de la présence de l'écoulement dans la vapeur. Un modèle à variables non primitives ([omega]-[psi]-[phi]-T) a été retenu du fait de la symétrie 2D axisymétrique du dispositif. Le champ de vitesse ainsi obtenu est couplé avec les équations de transport des oligonucléotides. Sont simulés donc, l'écoulement Marangoni dans la goutte, la distribution des cibles du fait de cet écoulement et de la réaction d'hybridation. Leur traitement numérique a été effectué par la Méthode des Eléments Finis à l'aide du logiciel Flux-Expert.