Pahlavan, professeur adjoint en génie mécanique à Yale (USA), utilisera la subvention de 610 000 dollars sur cinq ans pour mettre au point un moyen de prédire et de contrôler le transport des colloïdes dans les milieux poreux. Cette recherche pourrait avoir de nombreuses applications, notamment l’administration de médicaments aux tumeurs, la filtration, le traitement des eaux usées et la dépollution.
Son projet combinera des expériences, des simulations numériques et des modélisations théoriques afin de déterminer les effets des gradients chimiques (c’est-à-dire les variations de concentration d’une substance) sur le mouvement des colloïdes dans les milieux poreux, qui peuvent inclure tout type de matériau, du sol aux tissus biologiques en passant par les matériaux artificiels.
« Les gradients chimiques sont abondants dans la nature, qu’il s’agisse des gradients de salinité dans les zones côtières, de l’application de pesticides et de l’irrigation dans l’agriculture, ou encore des activités métaboliques dans les tissus biologiques », indique M. Pahlavan. « Pourtant, la manière dont ces gradients peuvent influencer le transport des particules colloïdales reste largement méconnue. Les colloïdes sont omniprésents, des particules d’argile et microplastiques dans les environnements souterrains aux nanoparticules synthétiques utilisées dans l’administration de médicaments et la dépollution environnementale. »
L’une des méthodes utilisées par M. Pahlavan pour étudier ces forces dans des conditions contrôlées consiste à mener des expériences microfluidiques dans lesquelles il utilise des matériaux polymères pour créer son propre matériau poreux. Un ensemble de piliers extrêmement petits est placé sur une puce. Chaque pilier mesure environ 100 microns de diamètre, soit la taille moyenne d’un cheveu humain.
« Vous disposez désormais d’un ensemble de voies tortueuses par lesquelles le flux peut circuler », a-t-il déclaré. Les piliers sont d’abord disposés selon un schéma très ordonné que les chercheurs peuvent randomiser afin de simuler des environnements réels. « L’étude de ces processus dans des conditions contrôlées nous permet de mieux comprendre comment les colloïdes se déplacent à travers des réseaux poreux complexes. En comprenant ces dynamiques, nous pouvons mieux prédire où les colloïdes vont migrer et développer des stratégies pour les diriger vers des destinations ciblées. »
Pahlavan s’est intéressé à ce domaine de recherche lorsqu’il était chercheur postdoctoral à l’université de Princeton, après avoir remarqué que malgré l’abondance de ces gradients chimiques dans divers environnements poreux, ils n’avaient guère retenu l’attention.
La capacité à mieux diriger les particules pourrait conduire à des avancées dans toute une série de disciplines, du nettoyage environnemental à l’administration de médicaments. On pourrait guider les colloïdes vers des cibles cachées à l’aide de gradients chimiques. Ces cibles pourraient être des panaches de contaminants, dont la propagation peut avoir des effets dévastateurs sur les ressources en eau et l’environnement, ou des cellules tumorales, qui sont souvent difficiles à atteindre pour administrer des médicaments.
Ce prix CAREER permet à Pahlavan d’étudier l’interaction entre la physique, la chimie et l’hydrodynamique de ces processus, première étape vers une révision des paradigmes traditionnels du transport des colloïdes dans les milieux poreux.
Source : U. Yale
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