Simulation de l'interaction thermo-acousto-fluidique en puits : application à la stimulation cellulaire
Auteur / Autrice : | Doll-Spencerh Bidouba-Sanvany |
Direction : | Frédéric Sarry, Denis Beyssen, Francis Kosior |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 22/12/2023 |
Etablissement(s) : | Université de Lorraine |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz) |
Jury : | Président / Présidente : Virginie Hoel |
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Sarry, Denis Beyssen, Marc Duquennoy, Thérèse Leblois | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Duquennoy, Thérèse Leblois |
Résumé
Les ondes acoustiques de surface (SAW) sont actuellement utilisées pour étudier leur interaction avec des particules biologiques pour réaliser des études sur la prolifération, la croissance, la mort et la migration des cellules. Il a été démontré que l'effet de la contrainte de cisaillement sur les cellules joue un rôle majeur dans la modification des cellules fournissant plus de détails sur leur fonction et leurs changements potentiels. Stamp et al. présente une approche par ultrasons de la stimulation dynamique et la cicatrisation des tissus pour des cellules ostéoblastiques de type SaOs-2 en utilisant des ondes acoustiques de surface (SAW) sur une puce. Ses études sont réalisées sans effets secondaires indésirables tels que l'augmentation de la température du substrat ou du flux de nutriments associés aux SAW. Ces résultats montrent que la stimulation mécanique et électrique dynamique induite par les ondes de surface favorise directement la croissance cellulaire et donc une régénération rapide des tissus. S. Brugger présente des études sur la cicatrisation et la croissance cellulaire in vitro sous l'influence de la radiofréquence (rf) des stimuli cellulaires. Ces stimuli sont générés soit par des ondes acoustiques de surface piézoactives (SAW), soit par des champs électriques générés par des microélectrodes. Ses résultats montrent que la stimulation vibratoire des cellules basée sur les ondes acoustiques de surface peut être une alternative au traitement par ultrasons conventionnel. Les contraintes de cisaillement agissant sur les cellules sont responsables des différents changements observés après la stimulation par ondes acoustique, cependant du point de vu expérimental il est impossible de déterminer ces contraintes, une approche par simulation est dès lors nécessaire. Cette thèse vise donc à mettre un point une simulation qui permettra dans un premier temps de comprendre le phénomène d'interaction Rayleigh/Liquide en microcanal ou en goutte et dans un second temps de quantifier les contraintes qui s'exercent sur des particules biologiques lors d'une stimulation par onde acoustique de surface, et de réaliser une étude d'optimisation. En considérant une sonde plongée verticalement dans un puits, nous avons traité le cas des cellules sanguines (circulantes) à une fréquence de 20 MHz et des cellules osseuses (adhérentes) à une fréquence de 40 MHz. Enfin nous avons également pris en compte l'échauffement du liquide.