Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Spectroscopie ultrasonore de nano-particules et nano-gouttelettes encapsulées en suspension

François Coulouvrat Institut Jean Le Rond d’Alembert Université Pierre et Marie Curie

Les suspensions de particules liquides ou solides de taille micro ou nanométrique représentent un domaine de la physique des milieux hétérogènes d’importance croissante, avec des applications multiples allant de la physique de l’atmosphère (nuages), à la chimie (synthèse de nano-particules) ou à la médecine (agents de contraste). Les ondes acoustiques sont un moyen privilégié de sonder de tels milieux. L’exposé présentera les principaux mécanismes de diffusion des ondes acoustiques (compressibilité et cisaillement, transferts visqueux et thermiques, évaporation / condensation) à l’oeuvre. Les possibilités de caractériser la taille des particules par ultrasons seront illustrées par des résultats expérimentaux sur des nano-particules de silice. Dans un second temps, les perspectives d’applications thérapeutiques par des nouveaux agents de contraste (nACUs) de taille nanométrique, utilisés comme vecteurs de principe actif et activés par ultrasons, seront discutées. En comparaison des agents de contraste classiques, les nACUs sont de taille plus petite pour franchir la barrière endothéliale au niveau tumoral, leur coque est plus rigide afin d’accroître leur durée de vie, et ils ont un coeur liquide (perfluorocarbones). Un modèle de réponse acoustique de ces objets a été développé, combinant déformations visco-élastiques de la coque et effets visco-inertiels. Le modèle montre que ces deux mécanismes sont d’importance comparable dans le domaine des fréquences ultrasonores médicales. L’importance de prendre en compte les effets de compressibilité au niveau de la coque sera soulignée. Ceci nous a conduit à développer, pour les déformations de la coque, un modèle de Rayleigh - Plesset - Church généralisé à 2 inconnus (les rayons interne et externe de la coque). Des expériences sont réalisées sur une vaste gamme de fréquences (1-90 MHz) et pour différentes températures et concentrations. Elles permettent de déterminer avec une bonne précision les paramètres mécaniques inconnus des agents de contraste. Les perspectives futures d’études et d’application de ces agents seront discutées en conclusion.

Légende : En haut à gauche : image par microscopie électronique à transmission d’une suspension de nanoparticules de silice (rayon moyen 33 nm) En bas à gauche : photographie du dispositif de spectroscopie ultrasonore A droite : coefficient d’absorption (en haut) et vitesse du son (en bas) en fonction de la fréquence d’une suspension de nano-gouttes de PFOB encapsulées dans une coque de PLGA - comparaison modèle / mesures pour différentes concentrations