Micro / nanopinces magnétiques fonctionnalisées dispersées en solution pour applications biotechnologiques et biomédicales – NANO-SHARK

Des progrès très significatifs ont été réalisés par les laboratoires partenaires depuis 2 ans concernant la mise au point et l’étude des propriétés de micro et nano-objets magnétiques « en suspension », préparés par une approche descendante (top-down) originale. En particulier, nos résultats récents ont montré notre capacité à maitriser et à modéliser les phénomènes d’agglomération ou de dispersion en solution de ces micro ou nanoparticules magnétiques parfaitement contrôlées en taille, forme et composition. Ces résultats obtenus et publiés en 2010, engagent à poursuivre dans cette voie de recherche.
L’objectif de ce projet est la création d’une nouvelle forme de particules magnétiques récemment inventée à SPINTEC : les micro / nanopinces magnétiques fonctionnalisées, et la démonstration de leurs potentialités pour les biotechnologies. Nous visons l'obtention de micro ou nanoparticules magnétiques déformables, composées de deux éléments magnétiques mobiles reliés par une charnière, constituant une mâchoire magnétique actionnable par un champ magnétique extérieur et présentant des propriétés chimiques de surface et des comportements magnétiques parfaitement contrôlés. Ces particules ouvrent des perspectives d’applications bien au-delà de l’état de l’art dans des domaines aussi variés que les biotechnologies, la théranostique, les nano-mécanique / nano-optique, la micro ou nano-robotique, l’étude fondamentale de forces moléculaires.
Pour arriver à cet objectif, nous proposons de combiner nos savoir-faire dans trois domaines complémentaires : 1) le nanomagnétisme et les technologies de nanostructuration associées, 2) les biochimie et physicochimie des surfaces, 3) la microfluidique. Bien que les approches de type descendant soient couramment utilisées dans le domaine des nanosciences, très peu de propositions et encore moins de réalisations concrètes ont été faites pour fabriquer des micro ou nano-objets, en particulier déformables, détachés de leur substrat, fonctionnalisés chimiquement et mis en suspension stable dans un solvant approprié.

Les applications potentielles de tels objets magnétiques en suspension sont très nombreuses en particulier dans le domaine des biotechnologies. La première partie du projet sera consacrée à l’étude des micropinces restées fixées à leur substrat, tandis que la deuxième partie concernera l’étude plus complexe de leur comportement et manipulation dispersées en solution. La première étape sera illustrée par la capture en solution de molécules (modèle biotine / streptavidine tétravalente) ou objets biologiques, les pinces fonctionnalisées étant fixées au substrat. Ensuite, une démonstration de capture de gel biologique et relargage sera effectuée pour les micropinces dispersées en solution. Un accent particulier sera mis sur la réalisation d’un dispositif de microfluidique destiné à étudier les propriétés hydrodynamiques et magnétophorétiques de ces nano-objets en suspension, leurs capacités à attraper, « mordre » une surface enduite d’un gel biologique, (mimant un tissu biologique), leur tri, aiguillage, et le relargage, leur donnant le rôle de microrobots dispersés en solution.

La complémentarité des compétences des trois partenaires (magnétisme, fonctionnalisation de surface et microfluidique) permet d’envisager un tel projet avec des risques limités. En particulier, le projet se fonde sur l’expérience antérieure de SPINTEC sur les médias discrets pour l’enregistrement magnétique, l’expérience du SPRAM en fonctionnalisation des surfaces et applications biologiques, et l’expérience du LTM en microfluidique. La réunion des compétences complémentaires de SPINTEC, du SPRAM et du LTM est très favorable au succès de cette étude.