Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets

Institut National des Sciences Appliquées
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Applications en nanomédecine et pour le stockage de l’énergie

Les nanoparticules magnétiques peuvent être utilisées pour la destruction de cellules cancéreuses, lorsqu’elles sont soumises à un champ magnétique haute-fréquence, un phénomène appelé hyperthermie magnétique.

Durant les dix dernières années, la recherche de l’équipe dans le domaine de l’hyperthermie magnétique a été particulièrement riche en résultats, tant sur le plan théorique qu’expérimental.

Sur le plan théorique, un gros effort a été fait, afin de mettre en place des modèles rigoureux. Ainsi, nous avons développé des simulations numériques et des expressions analytiques permettant de calculer les puissances de chauffe de nanoparticules, ce qui en retour permet de définir précisément les principes généraux permettant leur optimisation. Nos travaux dans ce domaine font désormais référence.

Nous avons également développé plusieurs bancs expérimentaux spécifiquement dédiés à l’étude de l’hyperthermie, par exemple des électro-aimants et magnétomètres haute-fréquence (cf Fig. 1(a)). Dans le cadre d’un projet européen (MultiFun), nous avons contribué au développement de nouveaux applicateurs de champs magnétiques produits par la société Five Celes et les avons distribués à 4 partenaires du consortium.


Fig. 1 : (a) Magnétomètre haute-fréquence. (b) Puissance de chauffe de nanoparticules de fer en fonction de leur taille. (c) Simulations numériques associées aux résultats précédents. (d) Illustration de la mort de cellules chargées en NPs sous l’influence du champ magnétique


Par ailleurs, nous avons mesuré et analysé les propriétés d’hyperthermie de différents types de nanoparticules issues du groupe NCO (FeCo, Fe, FexC, notamment). On peut signaler trois résultats importants : i) une étude complète combinant théorie et expérience sur la dépendance en taille de la puissance de chauffe de NPs de fer (cf Figs. 1b) et 1(c)). ii) la mesure de nanoparticules de FexC, qui présentent les puissances de chauffe les plus importantes de la littérature à bas champ magnétique, et la compréhension fine des mécanismes sous-jacent (compétition entre anisotropie et interactions magnétiques). iii) la démonstration expérimentale et théorique que l’hyperthermie magnétique ne peut pas se faire dans une IRM. 

Nous avons aussi entamé depuis deux ans une collaboration avec un groupe de biologistes (EA 4552, D. Fourmy, Université Paul Sabatier, Toulouse) qui a permis d’obtenir un premier résultat de mort cellulaire par application d’un champ sur une culture cellulaire in vitro sans effet d’échauffement macroscopique (cf Fig. 1 (d)). Ce dernier résultat amène de nouvelles questions quant aux mécanismes réellement mis en jeu.

Les travaux originaux menés avec l’équipe NCO sur la synthèse des particules de carbure de Fe, et leur connexion avec la réaction de Fischer Tropsch, nous a conduit à utiliser le fort pouvoir de chauffe des particules de FeC et leur réactivité de surface pour réaliser directement la réaction de Fischer Tropsch par application d’un champ magnétique. Les nanoparticules deviennent alors à la fois la source de chaleur et l’élément catalyseur. Cela a conduit à l’émergence d’une nouvelle thématique dans le laboratoire, la catalyse par hyperthermie.