Agrégation et séparation magnétique des nanoclusters magnétiques

Aggregation and magnetic separation of magnetic nanoclusters

• Auteur / Autrice : Hinda Ezzaier
• Direction : Pavel Kuzhir, Abdessalem Ben Haj Amara
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/12/2017
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE) en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique de Nice - Institut de Physique de Nice
• Jury : Président / Présidente : Hafsia Ben Rhaiem
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pavel Kuzhir, Abdessalem Ben Haj Amara, Hafsia Ben Rhaiem, Fernando Gonzales Caballero, Essebti Dhahri, Jacques Persello
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fernando Gonzales Caballero, Essebti Dhahri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluides magnétiques

Séparation magnétique

Champs magnétiques

Agrégation (chimie)

Mots clés libres

Agrégation

Champ magnétique

Séparation magnétique

Ferrofluide

Agregation

Magnetic separation

Ferrofluids

Magnetic field

Résumé

Depuis deux dernières décennies, la séparation magnétique revient sur le tapis grâce aux applications biomédicales émergentes à la séparation de cellules ou de protéines et aux tests immunologiques. Cette thèse porte sur l’exploration détaillée de la séparation magnétique de nanoparticules à l’échelle microfluidique, amplifiée par la séparation de phase induite par le champ. Dans ce but, nous synthétisons des nanoclusters superparamagnétiques d’oxyde de fer de taille 40-70 nm, composés de nanoparticules de taille 7-9 nm. Nous faisons une étude détaillée de la cinétique de la séparation de phase de ces nanoclusters induite par le champ ainsi que de leur séparation magnétique dans des canaux microfluidiques munis de réseaux ordonnés de micropiliers magnétisables. Le taux d’agrégation de nanoclusters est principalement régi par le paramètre du couplage dipolaire et par la fraction volumique de nanoclusters, tandis que l’efficacité de capture – par le nombre de Mason. Les couches de molécules adsorbées sur la surface de nanoclusters d’habitude affaiblissent les interactions magnétiques et diminuent l’efficacité de capture, cependant, dans certains cas, elles peuvent induire des interactions colloïdales attractives et augmenter l’efficacité de capture. Les résultats de ce travail peuvent être utiles pour le développement des tests immunologiques magnéto-microfluidiques.

Magnetic separation has been gaining a new interest during two last decades thanks to emerging biomedical applications to cell or protein separation and immunoassays. This thesis is aimed at detailed exploration of magnetic nanoparticle separation in microfluidic scale enhanced by field-induce phase separation of nanoparticles. To this purpose, we synthesize superparamagnetic iron oxide nanoclusters of a size of 40-70 nm composed of numerous nanoparticles of a size 7-9 nm. We perform a detailed study of the kinetics of the field-induced phase separation of these nanoclusters as well as of their magnetic separation in microfluidic channels equipped with ordered arrays of magnetizable micropillars. The nanocluster aggregation rate is mostly governed by the dipolar coupling parameter and the nanocluster volume fraction, while the capture efficiency – by the Mason number. Molecular layers adsorbed on the nanocluster surface usually weaken magnetic interactions and decrease the capture efficiency, however, in some casesthey may induce attractive colloidal interactions and enhance the capture efficiency. The results of this work could be useful for development of magnetomicrofluidic immunoassays.