Développement d'une méthode microfluidique pour la préparation de microparticules mimes de globules rouges avec une taille et des propriétés mécaniques contrôlables

par Cheng Zhang

Thèse de doctorat en Matière condensée et Nanosciences

Sous la direction de Stéphane Veesler et de Nadine Mourougou-Candoni.

Soutenue le 06-02-2020

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) , en partenariat avec Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM) (laboratoire) .

Le président du jury était Valérie Deplano.

Le jury était composé de Manuel Ildefonso, Romain Grossier.

Les rapporteurs étaient Abdelhamid Elaissari, Stephan Dubas.

mots clés

• Microfluidique
• Microparticule
• Globule rouge
• Microfluidique
• Particules (matière)
• Érythrocytes

Résumé

Cette thèse porte sur une méthode microfluidique à base de gouttes et sans ajout de tensioactifs pour préparer les microparticules mimes de GRs. Les microparticules sont obtenues par gélification ionique d’un polymère naturel, l’alginate de sodium (Na-alginate), avec du chlorure de calcium pour former un gel d’alginate de calcium (Ca-alginate). La gélification est étudiée in situ dans le système microfluidique ou ex situ après la collecte de microparticules de Na-alginate. La taille, la structure et la teneur en alginate des microparticules de Na- et Ca-alginate formées sont étudiées en fonction des paramètres opératoires du montage microfluidique. La méthode microfluidique développée tout au long de cette thèse permet de contrôler la taille et les propriétés mécaniques des microparticules de Ca-alginate tout en évitant leur coalescence, malgré l’absence de tensioactifs. Ainsi, des microparticules de Ca-alginate monodisperses et présentant un module de Young proche des GRs sont obtenues et la faisabilité de leur utilisation pour des mesures ultrasonores est également montrée. Par ailleurs, des méthodes alternatives explorées en parallèle sont présentées à la fin de la thèse.

mots clés

• Microfluidics
• Microparticle
• Red blood cell

Titre traduit

Developement of a microfluidic method for the preparation of red blood cell mimicking microparticles with controllable sizes and mechanical properties

Résumé

This thesis focuses on a droplet-based microfluidic method without the addition of surfactants to prepare RBC-like microparticles. The microparticles are obtained by ionic gelation of a natural polymer, sodium alginate (Na-alginate), with calcium chloride to form a gel of calcium alginate (Ca-alginate). Gelation is studied in situ in the microfluidic system or ex situ after the collection of Na-alginate microparticles. The size, the structure and the alginate concentration of the final microparticles are studied according to the operating parameters of the microfluidic system. The microfluidic method developed throughout this thesis allows to control the size and mechanical properties of Ca-alginate microparticles while avoiding their coalescence, despite the absence of surfactants. Thus, monodispersed Ca-alginate microparticles with a Young’s modulus close to that of RBCs are obtained and the feasibility of their use for ultrasonic measurements is also shown. In addition, alternative methods explored in parallel are presented at the end of the thesis.