Magnetic filaments: application to the design of force sensors and microscopic artificial swimmers
Filaments magnétiques : application à la conception de capteurs de forces et de nageurs microscopiques artificiels
Résumé
The manuscript is devoted to two applications of chains of magnetic particles.
The first chapter reports the design of force sensors between colloids. Various experiments are designed and performed to characterise the particles under investigation. Our experimental setup and signal processing techniques are described in detail. Finally, we compare this technique to previous ones.
The second chapter describes the design and fabrication of the first microscopic artificial swimmers. Flexible magnetic filaments are created by aligning magnetic particles under a magnetic field and gluing them together by means of DNA strands. Their behaviour under a magnetic field is investigated. Subjected to an oscillating magnetic field, the filaments experience deformations so that a wave propagates along them, thereby generating a propulsive force, which we demonstrate through the motion of a spermatomorphic swimmer. Theoretical and numerical predictions are validated experimentally.
The first chapter reports the design of force sensors between colloids. Various experiments are designed and performed to characterise the particles under investigation. Our experimental setup and signal processing techniques are described in detail. Finally, we compare this technique to previous ones.
The second chapter describes the design and fabrication of the first microscopic artificial swimmers. Flexible magnetic filaments are created by aligning magnetic particles under a magnetic field and gluing them together by means of DNA strands. Their behaviour under a magnetic field is investigated. Subjected to an oscillating magnetic field, the filaments experience deformations so that a wave propagates along them, thereby generating a propulsive force, which we demonstrate through the motion of a spermatomorphic swimmer. Theoretical and numerical predictions are validated experimentally.
Ce mémoire contient deux parties consacrées à deux applications des chaînes de particules magnétiques.
Le premier chapitre décrit la conception d'un capteur de forces intercolloïdales. Nous présentons différentes expériences permettant de caractériser les particules utilisées. Nous décrivons ensuite la réalisation du montage expérimental et le traitement des données. Enfin, nous comparons cette technique aux autres techniques.
Le second chapitre décrit la conception et la réalisation de nageurs à l'échelle microscopique. Nous fabriquons des filaments magnétiques flexibles en alignant des particules sous l'effet d'un champ magnétique. Les particules adjacentes sont reliées par des agents pontants. Nous avons étudié le comportement de ces filaments sous champ. Sous l'effet d'un champ magnétique oscillant, le filament se déforme : une onde se propage alors le long du filament, ce qui engendre une force propulsive, dont nous démontrons l'effet sur un nageur spermatomorphe. Enfin, nous vérifions des prédictions théoriques antérieures.
Le premier chapitre décrit la conception d'un capteur de forces intercolloïdales. Nous présentons différentes expériences permettant de caractériser les particules utilisées. Nous décrivons ensuite la réalisation du montage expérimental et le traitement des données. Enfin, nous comparons cette technique aux autres techniques.
Le second chapitre décrit la conception et la réalisation de nageurs à l'échelle microscopique. Nous fabriquons des filaments magnétiques flexibles en alignant des particules sous l'effet d'un champ magnétique. Les particules adjacentes sont reliées par des agents pontants. Nous avons étudié le comportement de ces filaments sous champ. Sous l'effet d'un champ magnétique oscillant, le filament se déforme : une onde se propage alors le long du filament, ce qui engendre une force propulsive, dont nous démontrons l'effet sur un nageur spermatomorphe. Enfin, nous vérifions des prédictions théoriques antérieures.
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