L’application d’un champ électrique permet de manipuler le mouvement de micro-nageurs. Des scientifiques de l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation (MPI-DS), de l’Institut indien de technologie (IIT) d’Hyderabad et de l’Université de Twente, aux Pays-Bas, décrivent les principes physiques sous-jacents en comparant les expériences et les prédictions de la modélisation théorique. Ils sont capables de régler la direction et le mode de déplacement dans un microcanal entre l’oscillation, l’adhérence à la paroi et l’orientation de la ligne médiane, ce qui permet différentes interactions avec l’environnement.
Les micronageurs doivent souvent naviguer de manière indépendante dans des environnements étroits tels que des microcanaux dans des milieux poreux ou des vaisseaux sanguins. Les nageurs peuvent être d’origine biologique, comme les algues ou les bactéries, mais aussi constituer des structures sur mesure utilisées pour le transport de produits chimiques et de médicaments. Dans ces cas, il est important de contrôler la façon dont ils nagent par rapport aux parois et aux limites, car on peut vouloir qu’ils échangent du carburant ou des informations, mais aussi éviter qu’ils ne se fixent là où ils ne sont pas censés le faire.
De nombreux nageurs sont chargés électriquement, de sorte que les champs électriques peuvent constituer une méthode polyvalente pour les guider dans des environnements complexes. Les scientifiques du MPI-DS ont maintenant exploré cette idée dans des expériences sur des micro-nageurs artificiels autopropulsés : « Nous avons étudié l’influence d’une combinaison de champs électriques et d’un écoulement sous pression sur les états de mouvement de micro-nageurs artificiels dans un canal », rapporte Corinna Maass, chef de groupe au MPI-DS et professeur associé à l’université de Twente.
« Nous avons identifié des modes de mouvement distincts et les paramètres du système qui les contrôlent », résume-t-elle. Dans une publication précédente, les scientifiques avaient déjà démontré que leurs nageurs artificiels préféraient nager en amont, en oscillant entre les parois du canal. Grâce à leur nouvelle découverte, il est désormais possible de contrôler le mode de déplacement des nageurs en appliquant un champ électrique et en faisant circuler un flux dans le canal. »
De cette manière, les chercheurs ont généré un large éventail de modèles de motilité possibles : Les nageurs peuvent être dirigés de manière à adhérer aux parois du canal ou à suivre son axe central, soit en oscillant, soit en se déplaçant en ligne droite. Ils sont également capables de faire demi-tour s’ils partent dans la mauvaise direction. Les scientifiques ont analysé ces différents états à l’aide d’un modèle hydrodynamique général applicable à tout nageur doté d’une charge de surface.
Ranabir Dey, professeur adjoint à l’IIT Hyderabad, explique : « Nous montrons que la motilité des nageurs chargés peut être contrôlée par des champs électriques externes. Notre modèle peut aider à comprendre et à personnaliser les micro-nageurs artificiels, et inspirer des applications micro-robotiques autonomes et d’autres applications biotechnologiques. »
Légende illustration : L’utilisation d’un champ électrique et d’un écoulement sous pression permet d’orienter les micro-nageurs de manière à ce qu’ils suivent une trajectoire définie à l’intérieur d’un canal. (c) Maass, MPI-DS
Article : « Electrotaxis of Self-Propelling Artificial Swimmers in Microchannels » – DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.158301
