Résumé
Les méthodes traditionnelles de décontamination restent confrontées à des défis importants, tels que la difficulté d’accès aux espaces complexes ou confinés, la quantité élevée de déchets, etc. Il est encore nécessaire aujourd’hui d’explorer de nouvelles méthodes permettant d’atteindre des géométries complexes avec des processus de décontamination efficaces. Même si les macrorobots se révèlent utiles dans les tâches de décontamination à grande échelle, leur taille limite leur capacité à naviguer dans des environnements complexes et confinés. Les micro ou nano robots, quant à eux, pourraient traverser de tels espaces et cibler des sites de contamination spécifiques, ce qui les rendrait plus adaptés aux travaux de décontamination en milieu confinés et complexes. Dans ce contexte, cette thèse porte sur la synthèse à grande échelle et l’étude de la mobilité de colloïdes actifs, en particulier de particules Janus, susceptibles d’être utilisés comme brique dans de nouvelles méthodes de décontamination. À cette fin, différents assemblages de particules d’or sur silice (assemblage isotrope ou Janus, nanoparticules discrètes ou couche d’or continue) ont été préparés, caractérisés et comparés. Leurs mouvements 3D et 2D ont été suivis dans différents environnements. Un élément clé de ce travail a consisté en particulier à développer un dispositif microfluidique capable de générer des gradients stables d’eau oxygénée, produit de la radiolyse de l’eau. Ce dispositif s’est révélé essentiel pour l’analyse directionnelle du mouvement des différentes particule. Ces travaux ont montré que les assemblages or silice pouvaient se déplacer de manière autonome vers une source d’H₂O₂, ce qui pourrait les rendre efficaces pour cibler les sites de contamination radioactives. Nous avons également montré que des assemblages isotropes, plus simples à préparer, pouvaient également présenter un mouvement directionnel.
Mots-clés : Colloïdes actifs, Radiolyse, Particules Janus, Microfluidique, Suivi des particules, Géométrie complexe.
Radiotactic colloids : towards the Decontamination Nanobots
Abstract:
Traditional methods of decontamination face significant challenges, such as difficulty in accessing complex or confined spaces, high amount of waste, etc. There is still a need for the development of new methods to reach complex geometries with effective decontamination processes. While macro-robots have been useful in large-scale decontamination tasks, their size limits their ability to navigate in intricate environments. Micro or nano robots, on the other hand, can traverse small, complex spaces and target specific contamination sites, making them more suitable for detailed decontamination work. In this context, this thesis studies the capacities of micro/nanoparticles to move towards contaminated spot in complex geometries, by mimicing the chemotaxism guided by H₂O₂ (product of water radiolysis). To this end, the large-scale synthesis and mobility of active colloids, in particular Janus particles is described. A set of different assemblies of gold particles on silica (isotropic or Janus assembly, discrete nanoparticles or continuous gold layer) were prepared, characterized and compared. Their movements were monitored in different environments. A key part of this work was the developement of a microfluidic device capable of generating stable hydrogen peroxide gradients. This device was essential to study the directionnal orientation of the different particles. This work showed that silica-gold assemblies could move autonomously towards a source of H₂O₂, which could make them effective for targeting radioactive contamination sites. We have also shown that isotropic assemblies, which are simpler to prepare, can also exhibit directional movement.
Keywords: Active colloids, Radiolysis, Particle Tracking, Microfluidics, Particle tracking, Complex Geometry.