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Paris, 5 octobre 2005

Le premier micro-nageur artificiel s'inspire de la nage du spermatozoïde

Des chercheurs du CNRS et de l'ESPCI (1) ont fabriqué le premier micro-nageur artificiel jamais obtenu à ce jour. A l'image d'un spermatozoïde, le micro-nageur a une tête (un globule rouge) et une queue (un filament magnétique flexible). Placée dans un champ magnétique oscillant, la queue ondule en suivant la direction du champ, propulsant le micro-nageur. Cette découverte pourrait servir à transporter et à positionner des cellules placées à la tête du micro-nageur, car la direction et la vitesse du mouvement sont réglables. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 6 octobre.

micro-nageur

© CNRS-Rémi Dreyfus.

L'intervalle de temps entre chaque image est de 5 millisecondes. La flèche blanche représente la direction du champ magnétique. Image disponible auprès de la photothèque du CNRS : phototheque@cnrs-bellevue.fr


 

Les micro-nageurs naturels, des bactéries aux spermatozoïdes, utilisent des moteurs moléculaires pour faire tourner ou onduler un filament. A l'échelle de quelques microns, la nage n'est efficace que si les deux demi périodes du mouvement du nageur ne sont pas superposables, autrement dit, si « l'aller » et le « retour » ne suivent pas le même chemin. Cette propriété, établie par les physiciens dans les années 1950, constitue la principale différence avec le monde macroscopique, différence due à l'importance que prend la viscosité aux petites échelles. Les micro-nageurs naturels respectent ce principe.

 

Les chercheurs du laboratoire Colloides et materiaux divises de l'ESPCI, associé au laboratoire Liquides ioniques et interfaces chargées (CNRS/ESPCI/Université Paris 6)(2) ont fabriqué et étudié un nageur spermatomorphe, dont la tête est un globule rouge et la queue est un filament magnétique flexible. Ils ont crée le filament à partir de particules paramagnétiques (qui s'aimantent lorsqu'on les place dans un champ magnétique), reliées en chapelet par des brins d'ADN. En réglant le nombre et la longueur des brins, ils peuvent  reproduire la flexibilité de filaments naturels. En utilisant un champ magnétique alternatif, les chercheurs ont imité la nage du spermatozoïde. A mesure que le champ change de direction, le filament pivote pour le suivre. Il se déforme, ce qui crée une onde qui se propage le long du filament (voir la figure) et fait avancer le micro-nageur.

 

Cette micromachine est la première version jamais obtenue à ce jour d'un système microscopique autopropulsé. Elle ouvre des perspectives nouvelles pour comprendre les subtilités de la nage à l'échelle microscopique, car les chercheurs pourront faire varier la fréquence du champ, la longueur du filament etc. En outre, ce type de micro-nageur pourrait trouver des applications pour positionner des cellules ou déplacer d'infimes quantités de fluide (lorsque le micro-nageur est fixe, c'est le liquide qui se déplace autour de lui).

 

Voir les films du micro-nageur :   film 1 ; film 2


 

(1) Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles

(2) en collaboration avec le Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogènes (CNRS/ESPCI/Université Paris 6 et 7) et une équipe de l'Université de Harvard.


Références :

Microscopic artificial swimmers, Rémi Dreyfus, Jean Baudry, Marcus L. Roper, Marc Fermigier, Howard A.Stone, Jérôme Bibette, Nature, 6 octobre 2005.

Contacts :

Contact chercheur :
Jérôme Bibette
Tél : 01 40 79 52 19 ou 06 85 13 75 36, Mél: jerome.bibette@espci.fr

Contact presse :
Claire Le Poulennec
Tél : 01 44 96 49 88, Mél : claire.le-poulennec@cnrs-dir.fr


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