Goubault, Cécile (2004) Colloides magnétiques: auto-organisation et applications biologiques. PhD thesis matière condensée: chimie et organisation, ESPCI.

Abstract

This manuscript introduces the study of self-assembled magnetic latexes.
First, we present a method to obtain magnetic filaments made of magnetic particles and linkers. These objects provide a new micromechanical approach to probe bending rigidity at the molecular scale. Under a magnetic field, they adopt a hairpin configuration. Measuring the hairpin curvature as a function of the field intensity and the linker length allows us to deduce the linker bending rigidity.
Second, these filaments can be self-organized in a microchannel to provide a new matrix for cell sorting. Control of the spacing between filaments, anchoring, and functionnalization with specific antibodies are described, together with the feasability for performing cell chromatography with the system.
These new objects introduce a wide field of very promising biomedical applications e.g. for lab-on-chip devices.

Table of content

Introduction 13
1 Colloïdes magnétiques 17
1.1 Applications - 17
1.1.1 Utilisations biomédicales - 18
1.1.2 Utilisation dans les biotechnologies - 23
1.1.3 Utilisation en biophysique - 25
1.1.4 La microfluidique: un nouveau champ d'application - 29
1.2 Caractéristiques requises - 32
1.2.1 Propriétés magnétiques - 32
1.2.2 Taille et distribution - 36
1.2.3 Surface - 36
1.3 Préparation - 42
1.3.1 Ferrofluides - 43
1.3.2 Grains d'oxydes et matrice synthétisés séparément - 44
1.3.3 Grains synthétisés au contact de la matrice - 46
1.3.4 Matrice synthétisée en présence des grains magnétiques - 48
1.3.5 Vers de nouveaux matériaux - 50
Bibliographie - 52
2 Auto-assemblages irréversibles linéaires 65
2.1 Assemblages colloïdaux - Etat de l'art - 66
2.1.1 Assemblages colloïdaux kBT-induits - 66
2.1.2 Chaînes magn´etiques - 67
2.1.3 Chaînes magn´etiques irréversibles - 71
2.2 Collage magnéto-stimulé: adsorption - 73
2.2.1 Principe - 74
2.2.2 Particules magnétiques stables - 75
2.2.3 Obtention de chaînes irréversibles - 79
2.2.4 Cinétique d'adhésion par le PAA - 82
2.2.5 Le caséinate de sodium - 84
2.3 Collage magnéto-stimulé: spécifique - 86
2.4 Décoration des chaînes - 89
2.4.1 Couches de polyélectrolytes - 89
2.4.2 Décoration par couplage covalent - 91
2.5 Collage "post-organisation" - 93
2.5.1 Le PDMA - 94
2.5.2 La poly-L-lysine - 94
2.6 Conclusions et perspectives - 94
Bibliographie - 96
3 Filaments magnétiques flexibles 103
3.1 Flexibilité des filaments magnétiques - 104
3.2 Filaments flexibles - 105
3.3 Métastabilité sous champ magnétique - 105
3.4 Méthodes expérimentales - 107
3.4.1 Description théorique - 109
3.4.2 Résultats et discussion - 115
3.4.3 Conclusion - 122
3.5 ...comme capteurs micromécaniques - 123
Bibliographie - 130
4 Auto-assemblages 3D — tri cellulaire 137
4.1 Tri cellulaire - 139
4.1.1 Techniques conventionnelles - 141
4.1.2 En microfluidique - 145
4.1.3 Séparation immunomagnétique - 148
4.2 Auto-assemblages: principes - 151
4.3 Caractéristiques du réseau - 153
4.4 Montage expérimental - 156
4.4.1 Montage - 156
4.4.2 Produits - 156
4.5 Réseau irréversible - 157
4.5.1 Pas du réseau - 159
4.5.2 Epaisseur des colonnes - Solidité - 160
4.5.3 Fonctionnalisation - 162
4.6 Premières migrations - 164
4.7 Conclusions et perspectives - 165
Bibliographie - 167
Conclusions et perspectives 173
Annexe 1: Fabrication de chaînes permanentes 179
Annexe 2: Décoration de chaînes permanentes 185
Annexe 3: Filaments formés de liens spécifiques biologiques 209
Annexe 4: Dosage des protéines 213
Annexe 5: Détermination de la longueur du lien 233
Annexe 6: Fabrication de canaux en PDMS 241
Annexe 7: Les bobines magnétiques 243

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