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RÉSUMÉ
L’objet de cet article est de montrer le procédé le plus utilisé permettant la synthèse de ferrofluide et de dispersion de nanoparticules magnétiques aqueuses ou organiques. Les propriétés colloïdales et magnétiques des particules superparamagnétiques sont décrites. L’utilisation des nanoparticules magnétiques dans le diagnostic in vitro comme support solide est illustrée par des applications réelles et des applications in vivo et les avancées les plus prometteuses son tégalement présentées. Ainsi , les percées technologiques apportées par les particules magnétiques sont succinctement illustrées.
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Abdelhamid ELAISSARI : Directeur de recherche au CNRS - Laboratoire d'automatique et de génies des procédés, UMR-5007, Université Lyon-1
INTRODUCTION
L'intérêt suscité par les particules magnétiques pour des applications dans le domaine biomédical (préparation d'échantillons, extraction spécifique d'analytes, extraction générique de biomolécules…) s'est traduit dernièrement par un grand nombre de travaux, d'ouvrages et également par le développement d'un grand nombre de supports magnétiques colloïdaux. En général, le succès d'un test dans le diagnostic biomédical réside non seulement dans l'élaboration d'outils de détection performants mais aussi dans la préparation des échantillons qui nécessitent impérativement un prétraitement. Par exemple, dans le cas de tests d'analyses basés sur la détection et l'identification d'acides nucléiques, ce prétraitement consiste à libérer le matériel nucléique dans le milieu, le capturer et le purifier avant de pouvoir mettre en œuvre les étapes d'amplification et de détection. Ainsi, l'utilisation de particules magnétiques permet non seulement d'augmenter la sensibilité de certains tests, mais aussi d'envisager leur automatisation ou leur intégration dans des microsystèmes où la rapidité de séparation magnétique sous l'action d'un champ magnétique extérieur est un atout incontournable qui remplace la filtration et la centrifugation. Le développement des applications bionanotechnologiques a permis l'utilisation de colloïdes magnétiques (submicroniques en taille) comme supports de biomolécules pour différentes applications : in vitro comme supports solides pour l'extraction, la purification, la concentration et le transport de biomolécules ou tout simplement comme outil de détection et in vivo comme les agents de contraste (diagnostic in vivo), le traitement de cancer et la libération de molécules actives (thérapeutique).
Les colloïdes magnétiques les plus utilisés sont soit des nanoparticules inorganiques, soit des particules hybrides (composées d'un mélange organique et inorganique) de taille comprise entre 10 nm et 10 μm). Ces particules sont composées généralement de nanoparticules d"oxyde de fer (de taille comprise entre 5 et 12 nm) et leur élaboration nécessite l'obtention d'une dispersion de nanoparticules magnétiques appelée « ferrofluide ».
L'objectif principal de cet article est d'introduire la notion de ferrofluide, la préparation des nanoparticules magnétiques dispersables en phase aqueuse ou en phase organique et leurs utilisations dans le domaine biomédical in vitro et in vivo.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2008 par Abdelhamid ELAISSARI
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Applications des fluides magnétiques
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2. Propriétés des particules magnétiques
La caractérisation des oxydes magnétiques particulaires implique principalement l'étude des propriétés magnétiques (figure 6), la détermination du diamètre moyen D c, de la nature chimique, de la structure cristallographique et également, du comportement macroscopique des ferrofluides sous l'action d'un champ magnétique H .
Grâce aux faibles dimensions des grains d'oxyde de fer, chaque nanoparticule constitue un monodomaine magnétique caractérisé par un moment magnétique. En présence d'un champ magnétique extérieur, deux types de particules se distinguent (figure 6 a ) :
-
les oxydes ferromagnétiques : le moment magnétique résultant reste orienté dans le sens du champ magnétique, même quand ce dernier est supprimé ;
-
les oxydes superparamagnétiques : le moment magnétique résultant reprend une direction aléatoire lorsque le champ magnétique est supprimé. Par conséquent, le champ résiduel et l'aimantation sont nuls.
Les mesures d'aimantation permettent de déterminer les propriétés magnétiques des matériaux ferromagnétiques divisés (c'est-à-dire des nanoparticules d'oxyde de fer), mais également d'estimer leur taille.
D'après la théorie de Langevin, l'aimantation M (en emu · g–1) d'un matériau superparamagnétique de moment magnétique μ (en A · m2) est fonction de la température T (en K) et de l'intensité du champ magnétique H (en T) via la relation suivante :
avec :
- Ms :
- (emu · g–1)...
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Propriétés des particules magnétiques
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROSENSWEIG (R.-E.) - * - Interface science and technology, 48 (1966).
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(2) - BACRI (J.-C.), PERZYNSKI (R.), SALIN (D.), CABUIL (V.), MASSART (R.) - * - J. Magn. Mater., 62, p. 36 (1986).
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(3) - SPAPELL (S.) - Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles. - US Patent 3215572 (1965).
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(4) - LEFORT (R.-C.) - * - Acad. Sci. Paris, 34, p. 480 (1852).
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(5) - ELMORE (C.) - * - Phys. Rev., 54, p. 308 (1938).
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(6) - MORALED (M.P.), SERNA (C.-J.) - * - J. Mater. Res., 14, p. 3066 (1999).
-
(7)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Magnetism and Magnetic Materials Conference (MMM), congrès international se tenant tous les ans aux États-Unis http://www.magnetism.org/
Scientific and clinical applications of magnetic carriers, congrès international se tenant les années paires http://www.magneticmicrosphere.com/
HAUT DE PAGE
ROSENWEIG (R.E.). – Ferrofluid compositions and process of making same. (US 3,917,538).
PAPELL (S.). – Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles. (US 3215572).
DANIEL (J.-C.) et al. – Magnetic polymer latex and preparation process. (US 4,358,388).
ELAISSARI et al. – Superparamagnetic monodisperse particles. (États-Unis 6.133.047).
ELAISSARI et al. – Process for preparing composite particles, composite particles obtained and thier use in diagnostic test. (WO 2007/068859 A1).
ELAISSARI et al. – Improved magnetic particles, method for obtaining same thereof and uses for separating molecules. (US 09582352).
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