L’adsorption moléculaire à la surface des nanoparticules peut changer les interactions colloïdales de répulsives à attractives et favoriser l’agglomération des nanoparticules. Si les nanoparticules sont magnétiques, leurs agglomérats présentent une réponse beaucoup plus forte aux champs magnétiques externes que les nanoparticules individuelles. Le couplage entre adsorption, agglomération et magnétisme permet une synergie entre une surface spécifique élevée de nanoparticules (100 m²/g) et leur guidage ou séparation facile par des champs magnétiques. Ce concept encore peu exploré est censé surmonter de sévères restrictions pour plusieurs applications biomédicales et environnementales de nanoparticules magnétiques (NMP) liées à leur mauvaise manipulabilité par champs magnétiques. Ces deux articles sont consacrés à l’effet de l’adsorption moléculaire à la surface des NMP d’oxyde de fer sur l’amélioration de leur agglomération induite par le champ magnétique et de la séparation magnétique.
Expérimentalement, nous utilisons l’adsorption d’un colorant cationique, le bleu de méthylène (BM), sur des NMP de maghémite recouvertes de citrate pour provoquer une agglomération primaire des NMP en l’absence de champ. L’agglomération secondaire se manifeste par l’apparition d’agglomérats allongés de quelques centaines de microns en présence d’un champ magnétique appliqué. Avec l’augmentation de la quantité de BM adsorbé, la taille des agglomérats secondaires augmente et la séparation magnétique sur un micro-pilier magnétisé devient plus efficace. Ces effets sont principalement régis par le rapport de l’énergie magnétique à l’énergie thermique α, la sursaturation de suspension Δ0 et la diffusivité brownienne Deff des agglomérats primaires. Les trois paramètres (α, Δ0 et Deff) sont implicitement liés au taux θ de recouvrement de surface des NMP par BM à travers la taille hydrodynamique des agglomérats primaires augmentant exponentiellement avec θ. Les expériences et les modèles théoriques développés permettent une évaluation quantitative de l’effet de θ sur l’efficacité de l’agglomération secondaire et de la séparation magnétique.
Collaboration entre les laboratoires INPHYNI et PHENIX du GdR SLAMM
Adsorption of organic dyes on magnetic iron oxide nanoparticles. Part I: Mechanisms and adsorption-induced nanoparticle agglomeration
D. Talbot, J. Queiros Campos, B. L. Checa-Fernandez, J. A. Marins, C. Lomenech, C. Hurel, G. Godeau , M. Raboisson-Michel, G.Verger-Dubois, L. Obeid, P. Kuzhir P., A. Bee
ACS Omega, vol.6(29), p.19086-19098, 2021
https://doi.org/10.1021/acsomega.1c02401
Adsorption of organic dyes on magnetic iron oxide nanoparticles. Part II: Field-Induced Nanoparticle Agglomeration and Magnetic
J. Queiros Campos, B.L. Checa-Fernandez, J. A. Marins, C. Lomenech, Ch. Hurel, G. Godeau, M. Raboisson-Michel, G. Verger-Dubois, A. Bee, D. Talbot, P. Kuzhir
Langmuir, vol.37(35), p.10612-10623, 2021
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c02021