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Dissertations / Theses on the topic 'Dispositifs microfluidiques'
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Gomez, Quiñones José Isabel. "Conception et Implémentation d'un Stimulateur Multi-Canal pour les Dispositifs Microfluidiques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00662414.
Full textAbstract:
This dissertation presents the design and implementation of a 16-channel sinusoidal generator to stimulate microfluidic devices that use electrokinetic forces to manipulate particles. The generator has both, independent frequency and independent amplitude control for each channel. The stimulation system is based upon a CMOS application specific (ASIC) device developed using 0.35μm technology. Several generator techniques were compared based on frequency range, total harmonic distortion (THD), and on-chip area. The best alternative for the microfluidic applications is based in a triangle-to-sine converter and presents a frequency range of 8kHz to 21MHz, an output voltage range of 0V to 3.1VPP , and a maximum THD of 5.11%. The fabricated device, has a foot-print of 1560μm×2030μm. The amplitude of the outputs is extended using an interface card, achieving voltages of 0V to 15VPP . The generator functionality was tested by performing an experimental set-up with particle trapping. The set-up consisted of a mi-cromachined channel with embedded electrodes configured as two electrical ports located at different positions along the channel. By choosing specific amplitude and frequency values from the generator, different particles suspended in a fluid were simultaneously trapped at different ports. The multichannel stimulator presented here can be used in many microfluidic experiments and devices where particle trapping, separation and characterization is desired.
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Gomez, quinones Jose. "Conception et Implémentation d'un Stimulateur Multi-Canal pour les Dispositifs Microfluidiques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00716927.
Full textAbstract:
This dissertation presents the design and implementation of a 16-channel sinusoidal generator to stimulate microfluidic devices that use electrokinetic forces to manipulate particles. The generator has both, independent frequency and independent amplitude control for each channel. The stimulation system is based upon a CMOS application specific (ASIC) device developed using 0.35¦Ìm technology. Several generator techniques were compared based on frequency range, total harmonic distortion (THD), and on-chip area. The best alternative for the microfluidic applications is based in a triangle-to-sine converter and presents a frequency range of 8kHz to 21MHz, an output voltage range of 0V to 3.1VPP, and a maximum THD of 5.11%. The fabricated device, has a foot- print of 1560¦Ìm¡Á2030¦Ìm. The amplitude of the outputs is extended using an interface card, achieving voltages of 0V to 15VPP. The generator functionality was tested by performing an experimental set-up with particle trapping. The set-up consisted of a micromachined channel with embedded electrodes configured as two electrical ports located at different positions along the channel. By choosing specific amplitude and frequency values from the generator, different particles suspended in a fluid were simultaneously trapped at different ports. The multichannel stimulator presented here can be used in many microfluidic experiments and devices where particle trapping, separation and characterization is desired.
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Gropplero, di Troppenburg Giacomo. "Dispositifs microfluidiques dans les mousses polymères : fabrication, modélisation et applications biologiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI060.
Full textAbstract:
Les dispositifs de diagnostics à bas coût au point d'intervention reposent notamment sur la microfluidique et un support adapté. La mousse polymère dispose de propriétés mécaniques et structurales particulières (porosité, élasticitédots) qui la distinguent des autres matériaux utilisés en microfluidique (PDMS, papier, matières plastiques, verre, siliciumdots). Cette thèse porte sur l'investigation systématique des différentes potentialités offertes par la mousse polymère en tant que nouveau support pour la microfluidique. Un procédé de mise en forme est tout d'abord proposé permettant la réalisation d'un microsystème fluidique. Ce nouveau procédé repose sur l'utilisation conjointe d'une mousse polymère et d'un élastomère afin de réaliser des systèmes fluidiques très élastiques, conservant les propriétés structurales initiales de la mousse. Basé sur une technique d'emboutissage contrôlée et reproductible, le procédé est compatible avec une production industrielle. Un modèle numérique associé permet aussi son optimisation. Les dispositifs microfluidiques en mousse ainsi réalisés possèdent, en plus de la capillarité, un atout déterminant : la possibilité d'une compression manuelle ou d'un actionnement péristaltique externes pour un contrôle des écoulements microfluidiques sans contamination. L'actionnement péristaltique est compatible avec un fonctionnement en pompe et en vanne. Une modélisation par approche nodale permet de reproduire dynamiquement le comportement des écoulements dans des canaux fluidiques en mousse. En vue d'une intégration dans des systèmes portables à bas coût, les étapes fondamentales d'un test de diagnostic (récupération et préparation d'un échantillon, détection) sont validées. On montre que la filtration est possible pour des objets de quelques dizaines de micromètres. Les dispositifs en mousse peuvent aussi être fonctionnalisés chimiquement pour optimiser la capture de cibles biologiques. La détection d'éléments biologiques est également possible en fluorescence ou par colorimétrie à partir d'une amplification isotherme de l'ADN. Enfin, un prototype de typage sanguin donne accès au groupe sanguin d'un échantillon de sang total en quelques minutes. Ce dernier test est mené sur un dispositif intégré qui met en valeur l'essentiel des avantages d'un dispositif en mousse : robustesse, simplicité d'utilisation, embarquement de réactifs, association de différents matériaux, déplacement d'un échantillon biologique par compression externe contrôlée par un opérateur, lecture directe d'un résultat de test en quelques minutesMicrofluidics and an appropriate substrate are essentials for the design of low-cost point-of-care diagnostic devices. The particular mechanical and structural properties (porosity, elasticitydots) of polymeric foam are unique among the other widespread materials in microfluidics (PDMS, paper, plastic materials, glass, silicondots). A systematic screening of the different capabilities provided by polymeric foam as a new substrate for microfluidics is offered in this thesis. First off, a shaping process is proposed for the production of fluidic microsystems. This new process relies on the combined usage of a polymeric foam and an elastomer to produce highly elastic fluidic systems that keep the initial structural properties of the foam. Based on a controlled and repeatable embossing technic, the process is compatible with industrial production. A coupled numerical model also allows its optimization. The resulting foam microfluidic devices have, besides capillarity, a decisive asset : the option of a manual compression or an external peristaltic actuation for a contamination-free control of the microfluidic flows. The peristaltic actuation can function as a pump and as a valve. A lumped elements model enables a dynamic reproduction of the fluidic behavior inside the foam channels. To ensure proper integration in low-cost portable devices, the fundamental stages of a diagnostic test (retrieval and preparation of a sample, detection) are validated. We show that filtration of objects of only a few tens of micrometers in size is possible. The foam devices can also be chemically functionalized to optimise the capture of specific biological targets. The fluorescent or colorimetric detection of biological elements is equally possible by means of isothermal DNA amplification. Finally, a blood typing prototype gives access to the blood group of a whole blood sample in a few minutes. This last test is carried on an integrated device which highlights the main benefits of a foam device : robustness, user-friendly, embedded reagents, multiple materials combination, transport of a biological sample by external compression controlled by an operator, direct readout of a result in a few minutes
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Wang, Li. "Régulation de microenvironnement cellulaire par dispositifs microfluidiques et microstructuration de substrats." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066189.
Full textAbstract:
En utilisant les techniques de microfabrication et des dispositifs microfluidiques, nous avons étudié les problèmes liés à la régulation microenvironnementale des cellules en culture. D’une part, plusieurs nouveaux types de dispositifs ont été proposés afin d’obtenir une perfusion à zéro- ou à multi-contrainte de cisaillement microfluidique. Ces dispositifs ont été utilisés soit pour une démonstration de culture à cellules uniques soit pour une analyse de morphologie, expression de gènes, ou toxicité des cellules endothéliales sous multi-contrainte de cisaillement. D’une autre part, les techniques de photolithographie conventionnelle et de micro-contact printing ont été utilisées pour la création de micro-clusters de cardiomyocytes sur une surface ou sur un réseau de multi-électrodes, permettant des mesures optiques ou électriques des excitations ou battements des réseaux de cellules cardiaques. En plus, l'intégration d’une matrice cellulaire à cellule unique dans un dispositif microfluidique a été démontrée pour créer des conditions spécifiques et favorables à la formation de réseaux cellulaires. Finalement, les problèmes de dynamique de population, d’activité de biosynthèse, et de variabilité de phénotype des levures ont été traités en utilisant les techniques de saisir des cellules uniques et de criblage à haut débit
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Velve-Casquillas, Guilhem. "Contrôle de température et étude des transferts thermiques dans des dispositifs microfluidiques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00391813.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objet de coupler la microfluidique et la microthermique pour réaliser des dispositifs miniaturisés de mesure et de contrôle de température. Nous avons utilisé les faibles constantes de temps des échanges thermiques aux échelles micrométriques et la capacité d'intégration offerte par la microfluidique, pour développer de nouveaux outils afin d'explorer d'autres domaines scientifiques. Dans le domaine de la physique, nous avons fabriqué un micro-conductimètre thermique afin d'étudier certaines des propriétés thermiques des nanofluides. Dans le domaine de la thermochimie nous avons mis au point un microcalorimètre à flux continu intégrable dans un laboratoire sur puce. Les possibilités offertes par la rapidité des transferts thermiques aux échelles micrométriques nous ont permis de développer des dispositifs de contrôle de température appliqués à la biologie cellulaire. Ce type de dispositif permet de confiner une colonie de cellules et d'effectuer des changements de température du milieu, en quelques secondes. Nous avons ainsi la possibilité de contrôler l'activité de protéines thermosensibles et d'étudier certaines propriétés du cytosquelette de S.Pombe. Les caractéristiques de ce type de dispositif ouvrent la voie à de nouvelles recherches en biologie cellulaire, particulièrement sur le rôle de protéines d'intérêt thérapeutique rendues préalablement thermosensibles.
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Velve, Casquillas Guilhem. "Contrôle de température et étude des transferts thermiques dans des dispositifs microfluidiques." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112246.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objet de coupler la microfluidique et la microthermique pour réaliser des dispositifs miniaturisés de mesure et de contrôle de température. Nous avons utilisé les faibles constantes de temps des échanges thermiques aux échelles micrométriques et la capacité d’intégration offerte par la microfluidique, pour développer de nouveaux outils afin d’explorer d’autres domaines scientifiques. Dans le domaine de la physique, nous avons fabriqué un micro-conductimètre thermique afin d’étudier certaines des propriétés thermiques des nanofluides. Dans le domaine de la thermochimie nous avons mis au point un microcalorimètre à flux continu intégrable dans un laboratoire sur puce. Les possibilités offertes par la rapidité des transferts thermiques aux échelles micrométriques nous ont permis de développer des dispositifs de contrôle de température appliqués à la biologie cellulaire. Ce type de dispositif permet de confiner une colonie de cellules et d’effectuer des changements de température du milieu, en quelques secondes. Nous avons ainsi la possibilité de contrôler l’activité de protéines thermosensibles et d’étudier certaines propriétés du cytosquelette de S. Pombe. Les caractéristiques de ce type de dispositif ouvrent la voie à de nouvelles recherches en biologie cellulaire, particulièrement sur le rôle de protéines d’intérêt thérapeutique rendues préalablement thermosensiblesThe purpose of this work is to study microfluidic devices with integrated thermal elements for process temperature monitoring and controlling. The ability of multiple parameters controlling, the small time-constant of micro-scale heat transfer, and the possibility of large scale device integration allow us to propose new tools for other advanced research purposes. In physics, we fabricated micro-conductimeters as tool to study thermal conductivity of nanofluids. In chemistry, we developed a flow-in micro-calorimeter which is compatible to the common lab-on-chip technologies. The possibility given by the high speed of heat transfer in microfluidic device led to the development of new tools for cell biology. In particular, we have being able to confine a colony of yeast cell and change the working temperature in a few seconds. It allowed us to control thermo sensitive protein activity and studying cytoskeleton properties of S. Pombe yeast. The devices and methods we proposed are therefore pertinent, providing new tools for cell biology studies and allowing in particularly a better understanding of the role of thermo sensitive proteins
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Morel, Mathieu. "Développement de dispositifs microfluidiques pour l'étude du guidage axonal en molécules uniques." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066753.
Full textAbstract:
Le fonctionnement de notre système nerveux repose sur l’établissement d’un réseau complexe de connexions neuronales au cours de l’embryogenèse et sur le maintien de ces circuits au cours de la vie adulte. C'est la présence de molécules de guidage qui permet aux axones de s'orienter correctement soit par attraction, soit par répulsion, et d'établir ainsi un réseau entre cellules nerveuses. Les recherches effectuées au cours de cette thèse de doctorat ont porté sur la détection des molécules de guidage par le cône de croissance, l’extrémité motile de l’axone, et sur sa capacité à répondre à un signal directif de très faible intensité. Dans un premier temps, nous avons développé des microsystèmes de stimulation utilisant la technologie microfluidique, compatibles avec la culture primaire de neurones et l’imagerie en molécule unique. Ceux-ci permettent de générer rapidement des gradients stables et contrôlés afin d’analyser la dynamique cellulaire en fonction des paramètres d’un signal chimique et de faire des mesures parallélisées sur plusieurs neurones. Nous avons alors utilisé ces « puces » pour étudier la distribution de récepteurs uniques diffusant sur la membrane du cône de croissance. Nous avons ainsi pu caractériser quantitativement les processus d’amplification et de filtrage temporel durant la détection d’un gradient de GABA en fonction des paramètres de ce gradient. Les résultats expérimentaux ont été confrontés à un modèle biophysique basé sur la diffusion libre des récepteurs membranaires et sur leur interaction transitoire avec le cytosquelette.
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Ni, Xiaofang. "Culture et différenciation cellulaire sur des substrats structurés et dans des dispositifs microfluidiques." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066666.
Full textAbstract:
Les technologies de nanofabrication et de microfluidique sont aujourd'hui largement utilisées pour les études de la biologie cellulaire. Il est particulièrement intéressant d'utiliser ces nouvelles technologies afin de contrôler plus précisément la culture et la différenciation des cellules souches. Tout d'abord, deux nouvelles méthodes de lithographie, i. E. , la micro-aspiration par dégazage et la nano-impression UV molle sont présentées, en tenant compte des exigences pour la culture cellulaire. Des motifs de protéines ont été également obtenus dans des dispositifs microfluidiques, permettant de contrôler le positionnement cellulaire dans un micro-environnement particulier. Ensuite, de nouveaux dispositifs microfluidiques ont été conçus et utilisés pour évaluer la performance de la culture et la différenciation des cellules souches embryonnaires. Puis, en adaptant les protocoles existants et utilisant des chambres microfluidique à plusieurs compartiments, nous avons démontré la différenciation de cellules souches mésenchymateuses vers des cellules adipogéniques et cellules neurales. Enfin, la formation des réseaux cellulaires a été étudiée en utilisant les deux types de cellules souches et de facteurs de différentiation neuronale. En plus, nous avons initié des essais sur la fabrication des réseaux de micro-électrodes et le test de culture cellulaire sur ces réseaux afin de démontrer la transduction du signal de neurones sur puce.
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Azzopardi, Charles-Louis. "Dispositifs microfluidiques pour l’injection de fluides à travers un réseau de gouttes : application biocapteur." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD020/document.
Full textAbstract:
La microfluidique, domaine de recherche qui a émergé il y a juste 20 ans, a permis de réduire les dimensions des dispositifs d’analyse biologique ouvrant la porte au concept de « laboratoire-sur-puce » (lab-on-chip). Les succès de cette approche sont déjà nombreux, depuis l’analyse du génome en passant par la réduction du coût des analyses médicales. L’utilisation de gouttes comme enceinte réactionnelle au sein de ces dispositifs est une évolution récente qui permet de réduire encore le volume des échantillons biologiques et d’augmenter la vitesse d’analyse en parallélisant les mesures.Notre équipe développe des capteurs acoustiques dédiés à la détection d’analytes biologiques en milieu liquide. Ce type de capteur a pour principal défaut de ne permettre qu’une mesure contraignant au remplacement de l’interface de biodétection pour une réutilisation éventuelle du capteur. Dès lors, ils utilisent majoritairement une chambre de détection tout ou partie jetable, même si quelques travaux de recherche ont pu montrer la régénération d’un capteur par traitement chimique.Nous proposons ici de s’affranchir des étapes lourdes de remplacement ou de traitement de l’interface de détection qui conduisent entre chaque mesure au démontage du dispositif de détection. Nous employons dans ce cas les gouttes non plus comme enceinte réactionnelle mais comme interface de détection mobile. Elles ont ainsi le potentiel d’être générées et fonctionnalisées directement dans le dispositif pour détecter un analyte spécifique et peuvent être simplement évacuées afin de régénérer l’interface pour effectuer une mesure différente.Les travaux présentés dans cette thèse visent plus particulièrement la capture sur gouttes fonctionnalisées dans ce type de capteur innovant. Ils exposent le développement, incluant la fabrication et la caractérisation, de ces dispositifs microfluidiques ainsi que le montage d’un banc de test expérimental dédié. Ce sujet est suivi de deux projets ancillaires de développement de dispositifs microfluidiques liés aux capteurs acoustiques et à l’utilisation de gouttes. Le premier vise à homogénéiser les vitesses d’écoulements dans une chambre réactionnelle. Le second exploite les propriétés de génération de gouttes pour réaliser un condensateur à capacité variableSince two decades the research on microfluidics systems allowed creating devices for biological detection with regular improvement in compactness, functionality integration and quantity of biological sample, leading to the concept of lab-on-chip. This approach has resulted in dramatic changes in the biomedical field, for example, opening the possibility to perform genomic analysis or improving the medical analysis cost. Using droplet as reaction chamber is a recent evolution that leads to a decrease in biological sample volume and an increase in analysis speed by multiplexing.Our team develops acoustical sensors dedicated to detect biomarker of interest in liquids. The principal weakness of theses sensors lies in their need for replacement of the biodetection interface for performing a new measurement. Accordingly, they use a detection chamber partially or totally disposable. However, few research works showed reusability of sensor by regenerating the bioreceptor layer on the detection interface by chemical treatment.We are proposing to avoid the replacement or the chemical treatment of the detection interface that requires dismounting the device between measurements. We are using here droplets, not as reaction chambers but as movable detection interface. They can be generated and configured directly inside the device to detect a specific biomarker. Then, droplets can be easily evacuated and replaced through the device, which allows to chain measurement of various configurations without dismounting it.The research work conducted in this thesis focuses on the fluidic aspects of this innovative sensor. They show development, including realization and characterization, of theses microfluidic devices and its dedicated characterization setup. This project is followed by two ancillary works about development of microfluidic devices for acoustical sensors and droplets systems. The first one is aiming at the homogenization of the flow velocity inside a reaction chamber. The second one is exploiting property of droplet generation for the realization of a variable capacitance capacitor
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Dhouib, Kaouthar. "Mise au point de dispositifs microfluidiques pour la cristallisation et l'analyse cristallographique des biomolécules." Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6132.
Full textAbstract:
Plusieurs études ont montré qu'un environnement dépourvu de convection améliore la croissance et la qualité des cristaux macromoléculaires. Les systèmes microfluidiques présentent des propriétés similaires du fait des dimensions réduites des canaux microfluidiques. Ce projet a permis la conception de puces microfluidiques de cristallisation et d'analyse in situ des cristaux de biomolécules facile à utiliser. Ce dispositif microfluidique met à profit la méthode de contre-diffusion, très efficace pour le criblage et l'optimisation de conditions. Différents aspects pratiques sont abordés dans cette thèse parmi lesquels, le choix de la géométrie, le choix des matériaux, le choix des méthodes de fabrication, les techniques de remplissage, le fonctionnement des systèmes, les développements en vue d'une approche de cristallisation et d'analyse crisallographique à haut débit. Plusieurs génération de puce ont ainsi vu le jour, plusieurs macromolécules biologiques de natures diverses, ayant des propriétés différentes et de plusieurs tailles ont été cristallisées dans nos systèmes microfluidiques. L'analyse des cristaux par diffraction aux rayons X a permis de collecter des données même à haute résolution et de calculer les cartes de densité électonique à partir des données enregistrés. La dernière génération de puce a été conçue sur un format standard compatible avec l'utilisation de robots de pipetage pour la préparation des expériences et d'automates passeurs d'échantillons pour l'analyse aux rayons X sur source synchrotronMicrogravity, capillary tubes and hydrogels provide convection-free environments in which crystal growth and crystal quality required for structural biology can be significantly improved with regard to free solutions. Convection is also absent inside the nano-volumes of solutions contained in the micro- channels or -chambers of microfluidic systems. Besides being a means to miniaturize crystallization assays, the later also give access to high-throughput screening and crystal production under nearly ideal growth conditions. Microfluidics has innumerable potential applications in biotechnology and biomedical analysis. Here microfluidic chips were developped for the crystallization of biological macromolecules by counter-diffusion for crystallographic analyses. The prime criteria were versatility, low cost and user friendly handling. These devices enable crystal growers to search for initial crystallization conditions, optimize them and perform x-ray diffraction directly in situ. Practical aspects concerning the choice of the chip materials and the crystallization method are discussed
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Han, Zhitao. "Intégration de nanofils de ZnO dans des dispositifs microfluidiques pour lesétudes photocatalytiques et photovoltaïques." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066424.
Full textAbstract:
This thesis work aimed at integration of ZnO nanowires into microfluidic devices for photocatalytic and photovoltaic studies. Firstly, the hydrothermal growth method has been improved by preparing high-quality ZnO seed layer based on a sol-gel process and a spin-coating technique. Then, the ZnO seed layer could be patterned by standard lithography methods and well-aligned ZnO nanowire arrays could be grown in patterned areas without fusion at the foot of nanowires. Secondly, large-area ZnO nanowires have been integrated into microfluidic reactors as immobilized catalyst, allowing stable and high-efficient photocatalysis. Thirdly, the integrated ZnO nanowires could also be used for dye-sensitized solar cell (DSSC) studies, showing clear dependence on ZnO nanowire growth conditions but less effect on the flow-rate of microfluidic electrolyte. Finally, as a subset of ZnO nanowires with ultrahigh aspect ratio, ZnO nanofibers doped with noble metal palladium (Pd) have been synthesized via electrospinning technique and subsequent thermal treatment. The enhancement effect of Pd doping on the photocatalytic activity of ZnO nanofibers has been demonstrated by photodegradation of organic dye methylene blueCe travail de thèse vise à intégrer des nanofils de ZnO dans des dispositifs microfluidiques pour les études photocatalytiques et photovoltaïques. Tout d'abord, la méthode de croissance hydrothermale a été améliorée par dépôt direct d’une couche germe de ZnO de haute qualitéun en utilisant un procédé sol-gel et une technique de revêtement par centrifugation. Ensuite, cette couche de ZnO semencée a été lithographiée pour définir des zones de croissance. Comme résultats, les matrices de nanofils de ZnO bien alignées ont été obtenues sans fusion au pied des nanofils. Deuxièmement, des nanofils de ZnO à grande surface ont été intégrés dans les réacteurs microfluidiques, permettant une photocatalyse stable et à haut rendement. Troisièmement, les nanofils de ZnO intégrés ont été utilisés pour des essais sur les cellulaires solaires à colorant (DSSC), montrant une dépendance claire sur les conditions de croissance de nanofils de ZnO, mais peu d’effet sur le débit d'électrolyte microfluidique. Enfin, la synthèse hydrothermale a été appliquée pour obtenir des nanofibres de ZnO par électrofilage avec ou sans dopage de palladium. En comparant aux nanofibres de ZnO purs, les nanofibres de ZnO dopées de Pb ont montré une efficacité de photodégradation du bleu de méthylène améliorée
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Perry, Guillaume. "Contribution à la réalisation de dispositifs microfluidiques à base d’électromouillage pour la détection SPR." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10104/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse ont porté sur l’étude de solutions originales pour limiter la biopollution dans des systèmes microfluidiques à base d'électromouillage (EWOD) couplés à un biocapteur à résonance de plasmons de surface (SPR). Deux approches complémentaires ont été étudiées. Dans un premier temps nous avons mis à profit la forte adsorption de protéines sur des nanofeuillets d'oxyde de graphène (GO): les caractérisations de mouillage de solutions contenant un mélange de GO et de protéines (albumine sérique bovine - BSA) ont permis de montrer que le GO maintenait en suspension les protéines en évitant leur adsorption sur la surface. Le résultat le plus remarquable obtenu concerne le déplacement par EWOD de BSA, à une concentration de 195ng/µL (pour 500ng/µL de GO), 30 fois plus que ce qu’il est possible de transporter sans GO. Nous avons montré que la présence des feuillets de GO n’altère pas l’activité enzymatique. Une autre solution a consisté à développer des surfaces superomniphobes (connues pour leur propriété d’auto-nettoyage) via un dépôt chimique de nanostructures d’oxyde de zinc (ZnO). Nous avons montré que certaines nanostructures de forme réentrante présentent des angles de contact supérieurs à 140°, des hystérésis inférieures à 20° pour des liquides de tensions de surface supérieures à 35mN/m. Pour finir, ces deux approches ont été validées pour l’application envisagée. L’interaction entre biomolécules et biodétecteur SPR a pu être validée (i) en contrôlant la désorption des protéines du GO par une solution basique, (ii) en réalisant des ouvertures dans les nanostructures de ZnOThis work reports on the study of original strategies to limit biofouling in Electrowetting-on-Dielectric (EWOD) based microfluidic devices coupled with a Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensor. Two complementary approaches have been investigated. In the first part, we take advantage of the high adsorption capacity of graphene oxide (GO) for biomolecules: the wetting properties of a mixed solution containing Bovin Serum Albumine (BSA) and GO show that GO keeps proteins in suspension inhibiting their adsorption on the surface. The most important result concerns the EWOD motion of BSA droplet with a concentration of 195ng/µL (with 500ng/µL of GO). In this case, the BSA concentration is 30 times higher than the BSA concentration which can be displaced without GO. We show also that the presence of GO in the droplet does not alter the enzymatic activity of horseradish peroxidase (HRP) after GO/HRP displacement. The other developed solution consists in the development of superomniphobic surfaces (known for their self-cleaning properties) via chemical deposition of zinc oxide (ZnO) nanostructures. The chemically functionalized ZnO nanostructures display contact angles higher than 140° and hysteresis lower than 20° for liquids of surface tensions higher than 35 mN/m. To conclude, these two approaches have been validated for the targeted application. Interaction between biomolecules and the SPR biosensor can be realized (i) by controlling proteins’ desorption from GO in base solution, (ii) by making microapertures in ZnO nanostructured surfaces
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Lapierre, Florian. "Electromouillage sur diélectrique (EWOD) : conception et réalisation de dispositifs microfluidiques originaux sur surfaces superhydrophobes." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10134/document.
Full textAbstract:
Ce travail de recherche est centré sur l’électromouillage sur diélectrique (EWOD) et l’emploi de surfaces superhydrophobes dans une optique d’intégration dans un système microfluidique en gouttes. Dans un premier temps, nous détaillons la réalisation de surfaces présentant différentes échelles de rugosités : micro-, nano- et micro/nanotexturées. Leur robustesse à l'imprégnation d'un liquide soumis à pression extérieure est étudiée. Deux techniques sont mises en œuvre, l’impact de goutte et l’EWOD. Les surfaces à double échelle de rugosité montrent une meilleure robustesse (>13kPa). Cependant, une surface de nanofils de silicium présente des seuils d’empalement à l’état de l’art (>17kPa) et une réversibilité complète sous EWOD. Dans un second temps nous caractérisons le déplacement de gouttes par EWOD au sein d’un système microfluidique et mettons en évidence l’influence des surfaces superhydrophobes (par rapport à des surfaces hydrophobes). Nous obtenons pour une tension donnée, des vitesses de déplacement supérieures (+30%), pour une vitesse donnée, une tension d’actuation réduite (-30%), ainsi que des contraintes de cisaillements proche paroi plus importantes. Enfin, ces propriétés sont mises en avant à travers deux applications que sont la collecte de bio-particules et l’analyse par spectrométrie de masse de biomolécules présentes en solution. Dans le premier cas, une efficacité de collecte proche de 100% est obtenue que ce soit pour des virus ou des spores. Dans le second cas, nous avons pu analyser des concentrations de peptides jusque 10fmol dans des zones localisées ainsi qu’un très faible niveau de pollution en dehors de ces zonesThis work deals with electrowetting on dielectric (EWOD) technique and integration of superhydrophobic surfaces in a droplet-based microfluidic device. The first part of the thesis consists on the preparation of micro-, nano- and micro-nano-structured surfaces, and a detailed study of their robustness to impalement under electrowetting and drop impact. Hierarchical surperhydrophobic surfaces showed the best robustness to impalement. However, a silicon nanowires surface has shown an impalement threshold still in the state of art with a total reversible behavior under EWOD. In a second approach, we characterized droplet displacement using electrowetting in a microfluidic system and evidenced the influence of superhydrophobic surfaces compared to hydrophobic ones. For a given actuation voltage, the droplet motion is increased by +30% and for a given droplet motion, the actuation voltage is reduced by -30%. Moreover, wall shear stresses are more important. Finally, these properties are featured through two main applications: particles collection and bio-molecules analysis by matrix-free laser desorption/ionization mass spectrometry. For particles collection, a cleaning efficiency close to 100% either for virus or bacteria particles was reached using superhydrophobic surfaces. For lab-on-chip application, a detection limit of 10 fmol was obtained for peptides analysis using mass spectrometry
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Asayesh, Farnaz. "Optimisation des réacteurs microfluidiques microbiens en contrôlant la croissance et l'homogénéité du biofilm." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/28265.
Full textAbstract:
Les biofilms microbiens soit des communautés multicellulaires formées de bactéries, adhérant à une surface, entourés d'une couche de polymère extracellulaire (EPS). Parce qu'ils sont naturels, les biofilms bactériens sont de plus en plus étudiés et utilisés pour des applications en biocatalyse, en autoréparation et en tant que systèmes pouvant fonctionner efficacement dans des conditions ambiantes. La structure du biofilm est également importante, car elle peut protéger les bactéries sous les contraintes physiques, chimiques et biologiques rencontrées lors de l'opération du bioréacteur. Parmi les principaux facteurs entrant dans la régulation du développement du biofilm et de ses propriétés à maturité, on trouve les conditions hydrodynamiques et les concentrations d'éléments nutritifs appliquées. La microfluidique connait une popularité croissante parmi la communauté de recherche sur les biofilms en raison de sa capacité à mieux contrôler ces paramètres en fonction de d'autres propriétés physicochimiques importantes et même le taux de croissance. Dans ce travail, nous nous appuyons sur les travaux antérieurs de notre groupe pour résoudre deux principales limites. Tout d'abord, la tendance des biofilms à contaminer les canaux et les tubes en amont peut éroder les spécifications précises des conditions expérimentales dans les positions en aval d'où des mesures analytiques sont réalisées. La premiere partie ce travail, nous présentons un dispositif microfluidique qui varie la vitesse d'écoulement en amont pour arrêter la croissance vers l'arrière et la contamination de l'entrée pour les expériences de longue durée. Le deuxième point d'intérêt est lié à des facteurs qui provoquent une hétérogénéité dans les modèles de croissance du biofilm. On a noté que les bulles formées pendant et après l'inoculation augmentaient la croissance locale du biofilm et réduisaient l'uniformité et l'homogénéité globale. Ce mémoire étudie également les effets des bulles sur le taux de croissance et le développement secondaire du biofilm.
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Miño, Gaston. "Diffusion, rhéologie et microrhéologie de suspension de fluides actifs bactériens confinées dans des dispositifs microfluidiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00785349.
Full textAbstract:
Pour ma thèse, j'ai étudié trois problèmes autour des propriétés de transport des suspensions actives. J'ai utilisé principalement des suspensions de bactéries Escherichia Coli mais aussi des systèmes de nageurs artificiels auto-propulsés. En premier lieu, j'ai étudié l'activation du mouvement Brownien de particules passives dans une suspension de bactéries, près d'une surface. En utilisant diverses solutions et diverses conditions expérimentales permettant de changer les conditions de nage des bactéries et le confinement, j'ai montré que la diffusivité des traceurs passifs augmente linéairement avec ce que j'ai défini comme le flux actif de la suspension; c'est à dire la concentration de nageurs actifs multipliée par leur vitesse moyenne de nage. De manière générale, le confinement entre deux parois ou par rapprochement d'une paroi, montre un meilleur transfert de la quantité de mouvement qui a pour conséquence une augmentation du facteur de couplage entre diffusivité et fluide actif. Le remplacement des bactéries par des nageurs artificiels comme des bâtonnets bi-métalliques en condition réductrice produit des résultats identiques. Deuxièmement, j'ai étudié la modification de la viscosité d'un fluide produite par la présence d'entités autopropulsées. Il a été montré théoriquement que la présence de nageurs du type "pousseurs" comme les bactéries, réduit la viscosité de la suspension à une valeur inférieure de celle du fluide porteur. Le manque de résultats expérimentaux qui mettent en évidence cet effet au sein d'une suspension (cela été montré pour des films liquides minces), nous a poussé à fabriquer un rhéomètre microfluidique en forme d'Y permettant d'étudier la réponse rhéologique d'une suspension d'E. Coli. Des résultats préliminaires révèlent un comportement non Newtonien de la suspension active avec une baisse de viscosité du liquide aux faibles taux de cisaillement et aux faibles fractions volumiques. Troisièmement, j'ai proposé d'étudier les effets de dispersion et de transport de solutions E. Coli dans un micro-canal rectangulaire possédant une constriction en son centre. Dans un tel milieu confiné, les interactions avec les parois ainsi que la géométrie du canal jouent un rôle essentiel sur les propriétés de transport. Mes résultats, de façon inattendue, montrent que l'écoulement dans un canal produit une re-concentration en bactéries après la constriction et que cet effet est contrôlé par l'écoulement même.
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Cargou, Sébastien. "Dévelopement d'outils microfluidiques appliqués à la biologie. Réalisation de dispositifs de tri cellulaire magnétique vertical." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00996924.
Full textAbstract:
Grâce aux avancées de la recherche de ces dix dernières années, qui ont permis l'implémentation de plus en plus de fonctions au sein d'un système microfluidique, les " laboratoires sur puce " connaissent un essor important notamment dans le domaine de la santé. Les premiers dispositifs voient le jour dans le domaine commercial, mais un verrou important reste d'identifier des éléments circulants en faible concentration dans le sang par exemple. Les techniques de séparation simples, efficaces et modulables sont la clef de cette problématique. Nous présentons dans ce travail une voie originale de séparation magnétique grâce à des bobines planaires en cuivre combinées à un système microfluidique 3D permettant une séparation verticale efficace. L'étude consiste en la conception, la modélisation, la réalisation et le test de dispositifs appliqués à des solutions tests constituées de billes magnétiques dans un premier temps, puis de composés biologiques de culture. La réalisation des laboratoires sur puce a été faite par des procédés de photolithographie et grâce à une technologie originale de laminage de film sec. De par sa très bonne robustesse, dans le temps et face aux solvants, ainsi que sa biocompatibilité, la SU-8 est un candidat de choix pour la réalisation de ces LOC. Cette technologie nous a permis de réaliser des dispositifs tout-polymère tridimensionnels et intégrant des fonctions actives dont l'actionnement magnétique. La microélectronique a depuis longtemps permis de miniaturiser tous les éléments électroniques courants tels les capteurs et les bobines. Il est alors très intéressant de voir comment nous pouvons les intégrer dans un dispositif microfluidique pour créer des fonctions plus complexes. Nous avons pu ainsi démontrer une séparation continue de monocyte THP1 de culture avec une efficacité de 82% et des voies d'amélioration prometteuses validées avec des billes magnétiques.
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Cargou, Sébastien. "Développement d'outils microfluidiques appliqués à la biologie : réalisation de dispositifs de tri cellulaire magnétique vertical." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2507/.
Full textAbstract:
Grâce aux avancées de la recherche de ces dix dernières années, qui ont permis l'implémentation de plus en plus de fonctions au sein d'un système microfluidique, les " laboratoires sur puce " connaissent un essor important notamment dans le domaine de la santé. Les premiers dispositifs voient le jour dans le domaine commercial, mais un verrou important reste d'identifier des éléments circulants en faible concentration dans le sang par exemple. Les techniques de séparation simples, efficaces et modulables sont la clef de cette problématique. Nous présentons dans ce travail une voie originale de séparation magnétique grâce à des bobines planaires en cuivre combinées à un système microfluidique 3D permettant une séparation verticale efficace. L'étude consiste en la conception, la modélisation, la réalisation et le test de dispositifs appliqués à des solutions tests constituées de billes magnétiques dans un premier temps, puis de composés biologiques de culture. La réalisation des laboratoires sur puce a été faite par des procédés de photolithographie et grâce à une technologie originale de laminage de film sec. De par sa très bonne robustesse, dans le temps et face aux solvants, ainsi que sa biocompatibilité, la SU-8 est un candidat de choix pour la réalisation de ces LOC. Cette technologie nous a permis de réaliser des dispositifs tout-polymère tridimensionnels et intégrant des fonctions actives dont l'actionnement magnétique. La microélectronique a depuis longtemps permis de miniaturiser tous les éléments électroniques courants tels les capteurs et les bobines. Il est alors très intéressant de voir comment nous pouvons les intégrer dans un dispositif microfluidique pour créer des fonctions plus complexes. Nous avons pu ainsi démontrer une séparation continue de monocyte THP1 de culture avec une efficacité de 82% et des voies d'amélioration prometteuses validées avec des billes magnétiquesThanks to research progress from this last ten years, which enables the implementation of more and more functions inside a microlfuidic device, the " lab on a chip " know a great rise namely in the health field. The first devices are appearing on the commercial market but a lock remain, is to identify rare circulating blood cells in low concentration. The separation technics simple, efficient and versatile are the answer to this problem. We are going to present in this work an original way of magnetic sorting thanks to planar micro coils in copper combine to a 3D microfluidic device, enable an efficient vertical separation. The study consists in the conception, the simulation, the fabrication and finally the test of devices for solution with beads first then with biological component from culture. The fabrication of the lab on a chip have been done thanks to photolithography process and an original dry film lamination technic. Thanks to its good robustness, in time and against solvent, and its good biocompatibility, the SU-8 is the perfect candidat to create LOC. This technology allow us to create 3D devices entirely in polymer and to add active functions such as magnetic separation. The microelectronic has miniaturized for a long time all kind of electronic tool. It is so interesting to see how we can implement such function inside a microfluidic device to create more complex functions. Finally we demonstrate a continuous separation of THP1 culture monocytes with an efficiency at 82% and several promising amelioration ways validated with magnetic beads
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Ait-Ali, Imene Feriel. "Développement et intégration de microcapteurs de pH et de température dans des dispositifs microfluidiques polymères." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10003/document.
Full textAbstract:
Afin de réaliser des dispositifs en polymère à forte valeur ajoutée, l'industrie de la plasturgie s'intéresse depuis quelques années à la convergence possible entre les microtechnologies et les méthodes industrielles de mise en oeuvre des polymères (le thermoformage et la thermo-injection). Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de démontrer l'intérêt d'une approche à base de microtamponnage pour l'intégration de capteurs à base métallique dans des circuits microfluidiques en thermoplastique réalisés par thermoformage. Pour ces matériaux, cette approche apparait plus pertinente en terme de production de masse qu'une approche de photolithographie classique. Nous avons choisi de démontrer ce concept en étudiant l'intégration d'un capteur de pH et d'un capteur de température dans un système microfluidique en copolymère d'oléfine cyclique (COC) réalisé par thermoformage. En effet, la mesure de ces paramètres physico-chimiques est extrêmement répandue dans différents domaines d'application allant de la chimie à la biologie et à la médecine. Pour le capteur de pH, nous avons développé une couche sensible au pH à base d'oxyde d'iridium (IrOx) électrodéposé sur or. L'influence de différents paramètres (solution d'électrodépôt, méthode d'électrodéposition, nature du substrat métallique et son mode de préparation) sur la réponse au pH de ces couches a été étudiée. Nous avons ainsi pu démonter qu'une approche par microtamponnage passive est adaptée à la préparation de capteurs de pH sur un substrat en COC/Au ayant une sensibilité de -72 mV/pH et une durée de vie de 1 an. Pour le capteur de température, la solution retenue est basée sur le principe d'une thermorésistance. Les capteurs ont été élaborés en utilisant une approche par microtamponnage actif avec croissance d'une couche de nickel (dont l'épaisseur varie entre 0,2 et 5 μm) par métallisation autocatalytique sur polyimide. La dérive des capteurs est actuellement trop importante pour une application pratique. Finalement, des résultats préliminaires d'intégration de ces capteurs dans un microsystème fluidique thermoformé sont présentés avec notamment une configuration originale de mesure différentielle du pHThe plastics industry has been interested for some years in the possible convergence between microtechnologies and conventional polymer manufacturing (hot embossing and injection molding). In this context, this thesis aims at demonstrating the potential of a process based on microcontact printing in order to integrate metal based sensors in thermoplastic microfluidic devices shaped by hot embossing. For the mass production of thermoplastic devices, this approach appears more relevant than conventional photolithography. We chose to demonstrate this concept by investigating the integration of both a pH sensor and a temperature sensor in a thermoformed Cyclo Olefin Copolymer (COC) microfluidic system. Indeed, the measurement of these physicochemical parameters are extremely widespread in different applicative areas ranging from chemistry tobiology and medicine. For the pH sensor, we developed a pH-sensitive layer based on electrodeposited iridium oxide (IrOx) on Au. The influence of various parameters (plating solution and method , nature of the metal substrate and its method of preparation) on the pH response of these layers was studied. We were able to demonstrate that microcontact printing based on a passive approach is suitable for the preparation of pH sensors on a COC substrate with a sensitivity of -72 mV/pH and a 1 year lifetime. As regards the temperature sensor, the solution was to design a thermistor. Sensors were implemented with an approach based on active microcontact printing followed by electroless deposition of nickel (thickness varies between 0,2 and 5 μm) on polyimide. The drift of these sensors is too large for practical application. Finally, preliminary results presenting the integrating of these sensors in a fluidic microsystem are reported using an original configuration based on differential measurement of pH
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Lallement, Ludovic. "Gravure en plasmas denses fluorés de verres de silice pour l'élaboration de dispositifs microfluidiques : étude expérimentale et modélisation." Nantes, 2009. http://www.theses.fr/2009NANT2112.
Full textAbstract:
Le but de ce travail est de caractériser en détail les plasmas fluorés de CHF3/Ar, CF4/Ar et SF6/Ar et plus particulièrement ce dernier ainsi que leur interaction avec les verres de silice pendant un procédé de gravure destiné à la réalisation de dispositifs microfluidiques. Nous avons tout d’abord étudié les propriétés électriques et la cinétique du plasma en adoptant une démarche alliant l’expérience et la modélisation. C’est ainsi que des analyses du plasma par spectrométrie de masse, sondes de Langmuir, spectroscopie d’émission optique ont été effectuées. En parallèle à cette étude expérimentale, nous avons développé un modèle cinétique global permettant de quantifier les densités d’espèces ainsi que la température électronique en fonction des conditions de la décharge SF6/Ar. Les résultats fournis par le modèle ont pu être validés en les comparant à ceux obtenus expérimentalement. Ensuite des mesures de vitesse de gravure, de rugosité et d’analyse de surface (XPS, AFM, MEB) ont été menées après gravure en plasma de SF6/Ar et CHF3/Ar. Nous montrons qu’une pression de travail faible (5mTorr) et une forte dilution dans l’argon (50 à 90%) permet d’améliorer considérablement la gravure en augmentant la vitesse d’attaque des verres de silice contenant le plus d’oxydes métalliques et en diminuant la rugosité de surface. Enfin la modélisation multi-échelle de l’interaction plasma-surface montre que la vitesse de gravure dépend du pourcentage de métaux contenu dans les verres ainsi que du taux de pulvérisation des sites métalliques. Par ailleurs la rugosité semble être due au redépôt d’espèces métalliques à la surface du verreThe aim of this work is to characterize in detail fluorinated plasmas as CHF3/Ar, CF4/Ar and especially plasmas SF6/Ar and their interaction with silica glasses during an etching process devoted to microfluidic devices fabrication. First of all, we studied the electrical properties and the plasma kinetics by adopting an approach combining experiment and modeling. Thus, plasma diagnostics by mass spectrometry, Langmuir probes, optical emission spectroscopy were carried out. In parallel with this experimental study, we developed a global kinetic model to quantify the densities of neutral and charged species and the density and the electron temperature in various conditions of SF6/Ar discharge. The model results were validated with experimental results. Then etch rate and roughness measurements as well as surface analysis (XPS, AFM, SEM) were carried out after etching in SF6/Ar and CHF3/Ar plasmas. We show that decreasing the pressure and increasing the percentage of argon improve etching by increasing the etch rate of silica glass containing the most metal oxides and reducing surface roughness. Implementation for trench etching is successfully tested. Finally, the multi-scale modeling of plasma-surface interaction shows that the etch rate depends on the percentage of metal content in the glasses and the sputtering yield of metal sites. The roughness is due to the redeposition of metal species on the surface of the glass
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Batikh, Ahmad. "Contrôle de l'aérodynamique externe des véhicules aériens par des dispositifs microfluidiques : étude de l’effet de mini et micro-jets synthétiques sur des écoulements pariétaux." Toulouse, INSA, 2008. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000179/.
Full textAbstract:
Le contrôle de l’écoulement est un axe majeur d’amélioration des performances des véhicules terrestres ou aériens (augmentation de la portance par suppression des décollements sur une aile d’avion par exemple). Dans la boucle de contrôle, l’actionneur est un élément essentiel et la caractérisation de son fonctionnement et de son effet sur l’écoulement contrôlé est indispensable pour déterminer les lois de contrôle efficaces. Parmi les technologies employées, les actionneurs fluidiques, dont le jet synthétique fait partie, ont l'avantage de ne pas avoir de parties mobiles en contact direct avec l'écoulement extérieur et permettent un contrôle simple de la forme temporelle de l'excitation imposée. Pour caractériser le jet synthétique dans un environnement au repos, des études numérique et expérimentale sont menées. L’étude expérimentale fait appel à deux techniques de mesure : l’anémométrie fil-chaud et la PIV. Une comparaison du comportement du jet synthétique avec celui d’autres types de jet (jet continu et jet pulsé) est effectuée. L’influence d’un jet synthétique sur la couche limite d’un jet de paroi dont le sens d’écoulement est normal à l’axe du jet synthétique est ensuite étudiée. Ce jet de paroi est tout d’abord plan puis présente un décollement résultant d’une rupture brusque de pente quelques millimètres en aval de l’actionneur jet synthétique. L’interaction de deux jets synthétiques très rapprochés et les effets de miniaturisation font finalement l’objet d’une étude numérique car leurs effets peuvent être très importants dans le cas de l’implantation d’un réseau de micro-actionneurs sur une surface sur laquelle nous souhaitons contrôler le décollementIn external aerodynamics of land and air vehicles, flow control is a major axis of performance improvement (lift increasing and drag reduction by eliminating flow separation on an aircraft wing, for example). In the control loop, the actuator is an essential element and the characterization of its operations and its effect on the flow control is required to establish effective control laws. Among the technologies employed, the fluidic actuators, whose synthetic jet is a part, have the advantage of having no moving parts in direct contact with the outside flow and allow simple control of the temporal form of excitement imposed. To characterize the synthetic jet in a quiescent environment, numerical and experimental studies are conducted. The experimental study uses two techniques of measurement: the hot-wire anemometry and the PIV. A comparison of the behavior of synthetic jet with other types of jet (continuous jet and pulsed jet) is done. The influence of a synthetic jet on the boundary layer of a wall jet whose flow direction is normal to the axis of synthetic jet is then studied. This wall jet is first plan and then presents a flow separation resulting from a forced rupture a few millimeters downstream of the synthetic jet actuator. The interaction of two adjacent synthetic jets, and the effects of miniaturization are finely the subject of a numerical study because their effects can be very important in the case of the establishment of an array of micro-actuators on a surface ( airplane wing, for example) on which we want to control the separation
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Landari, Hamza. "Analyse et conception d'une micropompe pour des applications à très faible pression." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/28319.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire, nous présentons une nouvelle architecture d’une micropompe pneumatique à valves autoactionnées. Une modélisation par éléments finis de la micropompe est également présentée ainsi que sa fabrication et sa caractérisation. Le débit théorique minimal de la micropompe est de 9 µL/min pour une pression externe d’actionnement égale à 1500 Pa. La fréquence de déformation imposée à la membrane est de 1,25 Hz et la déformation maximale observée de cette dernière est égale à 3,66 µm. On note aussi que la modélisation par la méthode des éléments finis montre clairement une conservation de débit entre les phases d’admission et de refoulement égal à 99,99 %, cette conservation de débit a été validée aussi expérimentalement. La fabrication de la micropompe s’est faite à travers deux procédures : un moulage manuel pour les microvalves avec des chambres cylindrique et cubiques dont les dimensions externes sont de 8 mm x 12 mm x 6 mm avec des membranes de 20 µm d’épaisseur, fabriquées en Polydimethylsiloxane (PDMS). Un nouveau procédé d’impression à base de sucre, en collaboration avec le département de mécanique, a été aussi utilisé. Ce dernier se résume dans l’impression 3D d’un moule temporaire en sucre vitrifié. Les chambres d’actionnement de la micropompe sont de forme cylindrique avec un diamètre de 4 mm et une hauteur de 1 mm. La chambre de pompage est aussi cylindrique avec le même diamètre, mais avec une hauteur 0,5 mm. L’épaisseur des membranes de pompage est de 250 μm. En utilisant ce procédé, tout le système de pompage excluant les microvalves est fabriqué en un seul bloc afin d’éliminer toute fuite et minimiser l’encombrement du système. Les dimensions externes de la micropompe sont 20 mm x 20 mm x 10 mm. Les résultats de caractérisation de la micropompe consistent le débit minimal qu’on a pu générer qui est égale à 7 µL/min avec une puissance électrique consommée par le système de 114 mW. Enfin, les microvalves peuvent supporter une contre-pression jusqu’à 13 psi. Une interface graphique pour contrôler l’actionneur de la micropompe à l’aide d’un FPGA a aussi été développée.In this project, a new architecture of an air-driven micropump prototype with self-actuating microvalves is presented. A finite element model is also presented. Fabrication and characterization of the system and the electronic control of the micro-pump was also introduced. The designed micropump was able to generate a flow rate of 9 µL/min. Pumping pressure was 1500 Pa. Frequency of membrane deformation was 1.25 Hz and its maximum deformation was 3.66 µm. Finite element modeling shows that the flow rate ratio between the admission and delivery phase was 99.99 %. Fabrication of the micropump was achieved through two processes. First, a manual molding for microvalves with cylindrical and cubic chambers whose external dimensions was 8 mm x 12 mm x 6 mm and actuation membrane thickness of 20 µm. The entire system, including the membrane, was made from polydimethylsiloxane (PDMS). Second, in collaboration with the department of mechanical engineering, a new printing process based on sugar glass was also used. The latter is based on the 3D printing of a sugar mold. The mold is dissolved after the pouring and curing of PDMS. The actuating chambers of the micropump wetre cylindrical with a diameter of 4 mm and a height of 1 mm. The pumping chamber was also cylindrical with the same diameter but with a height of 0.5 mm. The thickness of the pumping membranes was 250 µm. Through this process, the entire pumping system (expect microvalves) were fabricated as a one block to eliminate leakage and reduce system dimensions. The external dimensions of the micropump was 20 mm x 20 mm x 10 mm. Experimental results of the micro-pump showed that the flow rate that can be generated is 7 µL/min. The electrical power consumption of the system was 114 mW. Finally, the microvalve can resist to a back pressure up to 13 psi. A graphical interface to control the actuation part of the micropump using an FPGA has also been developed.
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Carlier, Julien. "Développement technologique de composants microfluidiques intégrés à base de résine SU-8 : application à l'analyse de protéines par spectrométrie de masse." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2004/50376-2004-147.pdf.
Full textAbstract:
Le travail de recherche a pour objectif de développer une technologie permettant la fabrication de microsystèmes microfluidiques dédiés à l'analyse de protéines par spectrométrie de masse. Ces laboratoires sur puce (ou Lab-On-Chip) présentent plusieurs avantages : diminution de la quantité d'échantillon nécessaire à l'analyse, du risque de pollution, des manipulations extérieures,. . . Ces microsystèmes ont été conçus dans le cadre d'une collaboration pluridisciplinaire regroupant des technologues, des chimistes et des biologistes. Une filière technologique permettant une grande souplesse, un prototypage rapide, mais aussi la possibilité d'intégration de différentes 'briques technologiques' sur un même microsystème a été développée afin d'envisager à moyen terme la conception d'un laboratoire sur puce. Les microsystèmes ont ensuite été réalisés à partir de cette technologie reposant sur l'utilisation de matériaux compatibles (Silicium, Pyrex®, résine photolithographiable SU-8) avec les applications visées. La première étape du travail porte sur la réalisation de microcanaux étanches. Répondant à des contraintes spécifiques concernant les matériaux mais également la tenue à la pression. Ces microcanaux peuvent être connectés facilement au monde macro par l'intermédiaire de capillaires standard. Ils ont été testés (résistance à la pression jusqu. 'à 70 bar et aux solvants) et se sont révélés aptes à être fonctionnalisés (greffage de polymères) pour réaliser des opérations de chromatographie. Ces systèmes dédiés à la spectrométrie de masse de Type ESI (ElectroSpray Ionisation) nécessitent l'intégration d'une interface permettant d'alimenter le spectromètreUn nouveau type de source a été développé au sein de l'équipe 'Microfluidique' à partir de la résine SU-8 dont les caractéristiques intéressantes permettent en particulier de réaliser des structures suspendues. Ces sources, testées en spectrométrie de masse, se sont révélées aussi efficaces que les sources commerciales. Couplées à des microcanaux dans un microsystème, elles ont permis d'alimenter un spectromètre de masse avec des débits aussi bas que 100 nL. Min-1 Avec cette technologie, il doit être possible d'intégrer différentes fonctions de prétraitement de l'échantillon au sein de microcanaux fonctionnalisés ainsi que la source ESI réalisée. La filière technologique développée permet aussi le dépôt de différents matériaux comme les métaux et le Téflon®. Nous montrons ainsi la possibilité de réalisations de composants microfluidiques comme des valves thermoactivables et un échantillonneur microfluidique. Nous espérons ainsi exploiter la flexibilité d'une technologie multi-matériaux pour regrouper des composants variés qui mettent en œuvre plusieurs effets physico-chimiques
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Beauregard, Julie. "Développement de puces à ADN microfluidiques pour la détection de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries à gram positif responsables des septicémies." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29185/29185.pdf.
Full text
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Pousti, Mohammad. "Linear scanning ATR-FTIR for mapping and high throughput studies of bacterial biofilms in microfluidic channels." Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/37177.
Full textAbstract:
Le domaine de la chimie bioanalytique est en plein développement. Les tendances vers une caractérisation plus précise, une analyse à haut débit et une automatisation accrue offrent la promesse de systèmes capables de fournir des informations plus détaillées sur les systèmes biologiques vivants. Les biofilms sont répandus dans la plupart des écosystèmes. Ils peuvent être formés par la plupart des microorganismes. Les biofilms microbiens sont des communautés multicellulaires de bactéries, adhérant à une surface, entourées d'une substance polymère extracellulaire (EPM). En raison de leur origine naturelle, les biofilms bactériens sont de plus en plus étudiés et utilisés pour des applications en biocatalyse, en auto-guérison et en tant que systèmes pouvant fonctionner efficacement dans des conditions ambiantes. Les principaux facteurs qui contrôlent le développement du biofilm et ses propriétés matures sont les conditions hydrodynamiques appliquées et les concentrations en éléments nutritifs. Les propriétés mécaniques du système EPM peuvent être personnalisées en fonction de son environnement. De plus, l’existence de différents groupes chimiques fonctionnels dans le biofilm permet de piéger des molécules organiques et des ions dissous. Cette thèse porte sur le développement d'une technique permettant une flexibilité et une précision dans la croissance et la détection des biofilms de Pseudomonas sp. Bactérie CT07. Le système analytique est multimodal afin d’obtenir des informations sur les propriétés chimiques et structurelles du biofilm. À cette fin, la microscopie optique et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) à réflexion totale atténuée (ATR) ont été couplées dans un système analytique coordonné avec des canaux microfluidiques pour contrôler les conditions de croissance des biofilms. Pour atteindre cet objectif, un montage ATR-IR fait maison a été développé pour permettre de sonder différents emplacements au-dessus du cristal d'ATR afin d'ajouter une capacité de mesure au système situé à différents emplacements. Les différentes méthodologies développées dans cette thèse peuvent être appliquées à d'autres systèmes complexes à l'avenir. La combinaison de la microfluidique pour un contrôle de flux précis ainsi que des mesures multiplexées dans un microcanal parallèle est la clé pour obtenir des indices importants et statistiquement pertinents sur la croissance des biofilms et sur les méthodes pour les contrôler.The field of bioanalytical chemistry is currently undergoing rapid development. Trends toward more precise characterization, high-throughput analysis and greater levels of automation collectively offer the promise of systems that can deliver deeper insights into living biological systems. Biofilms are widespread in most ecosystems. They can be formed by most microorganisms. Microbial biofilms are multicellular communities of bacteria, adhering to a surface, surrounded by an extracellular polymeric matrix (EPM). Because they are natural, bacterial biofilms are increasingly being studied and used for applications in biocatalysis, self-healing and as systems that can function effectively under ambient conditions. The main factors controlling biofilm development and its mature properties are the applied hydrodynamic conditions and nutrient concentrations. The mechanical properties of the EPM can be customized based on its environment. Additionally, the existence of different functional chemical groups within biofilm makes it possible to trap organic molecules and dissolved ions. This PhD thesis focus on developing a system-level technique that enables flexibility and precision in the growth and detection of biofilms from Pseudomonas sp. CT07 bacteria. The analytical system is multi-modal, in order to obtain information on biofilm chemical and structure properties. To this end, optical microscopy and attenuated total reflection (ATR) Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy have been coupled into one coordinated analytical system with microfluidic channels to control the growth conditions of biofilms. To achieve this goal, a home-built ATR-FTIR stage was developed for probing different locations on top of ATR crystal. The methodologies developed in this thesis can be applied to other complex analytical systems in the future. The combination of microfluidics for precise flow control as well as multiplexed measurements in parallel microchannel is the key to obtaining important and statistically relevant clues to the growth of biofilms and the methods to control them.
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Labonté-Côté, Mélanie. "Utilisation du focus hydrodynamique pour la détection de particules par microscopie de fluorescence." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27684/27684.pdf.
Full text
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Diedhiou, Daouda Lamine. "Étude de dispositifs hyperfréquences accordables en technologie microfluidique." Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00857484.
Full textAbstract:
La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d'émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s'orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d'accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s'agit d'une nouvelle approche d'agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif.
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Manczak, Rémi. "Dispositif microfluidique pour la quantification de sous-populations de cellules." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30165/document.
Full textAbstract:
La détection quantitative de cellule est généralement réalisée par cytométrie en flux en raison de sa haute sensibilité, cependant cette technique est difficile à mettre en oeuvre pour des analyses de routine ou des analyses au chevet du patient. Les méthodes électrochimiques et en particulier la spectroscopie d'impédance électrochimique ont gagné en popularité en raison de la possibilité de réaliser des analyses sans marquage et de miniaturiser les systèmes d'analyse pour une intégration sur puce. De plus, les avancées récentes dans le domaine des technologies de microfabrication ont permis de développer des électrodes micrométriques ayant de nombreux avantages tels que des hautes impédances dues à des courants très faibles ainsi que la possibilité de les intégrer dans des systèmes microfluidiques. L'objectif de ce travail de thèse se concentre sur la réalisation et l'optimisation de dispositifs microfluidiques contenant les systèmes d'électrodes pour le piégeage immunologique et le comptage impédimétrique de monocytes pro-inflammatoires, marqueurs d'une infection. Compte tenu de l'influence du taux de recouvrement de la surface sur la sensibilité, plusieurs géométries d'électrodes ont été testées. Les meilleures sensibilités et reproductibilités ont été obtenues dans le cas de microélectrodes interdigitées ayant de faibles espaces inter-électrodes (50 µm). D'autre part les études ont également permis de montrer dans ce cas, que la gamme de concentration cellulaire pour laquelle la sensibilité était maximale dépendait de la surface de l'électrode. Les électrodes de plus petites surfaces ont permis d'atteindre une limite de détection inférieure à 10 cellules/mL. De plus, compte tenu de la grande sensibilité des dispositifs ainsi réalisés, ces systèmes ont également été testés pour la caractérisation d'interaction récepteurs-ligands à partir de cellules entières. Ces études ont permis de mettre en évidence l'interaction de cellules CHO exprimant le récepteur A2a à des ligands c-di-AMP pour de très faibles concentrations cellulairesThe quantitative detection of specific cells is usually carried out by flow cytometry due to its high sensitivity and reliability, however, this technique is not suited for routine screening and point-of-care diagnostics. Electrochemical methods, as electrochemical impedance spectroscopy have gained interest mainly due to a label-free detection and their miniaturization capability required for integration on chip. Furthermore, recent advances in microfabrication based technologies have allowed to develop micron-sized electrodes whose main advantages over conventional electrodes are higher impedances due to smaller currents and the possibility of being integrated inside microfluidic channels. The aim of the present work was the realization and the optimization of microfluidic devices with improved sensitivity targeting the immuno-trapping and counting of pro-inflammatory monocytes as infection markers. Taking into account the influence of the surface coverage on the sensitivity, different geometries were tested. The best sensitivities and reproducibility were recorded in the case of interdigitated micro-electrodes with weak inter-electrodes gap (50 µm). Moreover, experiments carried out with different surfaces demonstrated that there was a threshold beyond which a surface is exploitable for a given slice of concentration. Such microfluidic devices allowed to reach a detection limit around 10 cells/mL. Furthermore, due to the high sensitivity recorded, the devices were also tested to detect ligand binding by cell receptors. These studies have allowed to demonstrate the interaction of CHO-A2a with c-di-AMP for low cell concentrations
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Radajewski, Dimitri. "Etudes de nucléation de protéines à l'aide de dispositifs expérimentaux microfludiques." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19317/1/RADAJEWSKI_Dimitri.pdf.
Full textAbstract:
La nucléation est l’étape est à l’origine de la cristallisation et c’est généralement elle qui va dicter les propriétés finales d’un cristal. Il est alors intéressant de comprendre les mécanismes qui gouvernent cette étape. Deux théories se confrontent aujourd’hui avec d’une part la théorie classique de la nucléation et d’autre part un modèle de nucléation en deux étapes. La théorie classique considère l’addition des monomères un par un pour former des clusters directement cristallins. Le modèle en deux étapes considère une première étape de concentration, au cours de laquelle les monomères vont former des agrégats denses, mais désordonnés, et une seconde étape de structuration qui permettra de réarranger les molécules au sein d’un cluster, pour obtenir une structure cristalline. Il semblerait que, dans le cas des protéines, le passage du mécanisme classique à celui en deux étapes se fasse par une augmentation des fluctuations de concentration en solution, ce qui se fait en se rapprochant de la spinodale de décomposition présente dans le diagramme de phase de certaines protéines. Ainsi, dans cette étude, nous développons des systèmes microfluidiques qui permettent d’étudier ces différents mécanismes. Dans un premier temps, nous avons conçus un dispositif utilisé pour déterminer des cinétiques de nucléation à l’aide de modèles probabilistes. Ensuite, nous avons adapté des systèmes microfluidiques à des grands équipements synchrotron, ce qui donne la possibilité de réaliser de la diffusion de rayons X aux petits angles. Ces deux approches complémentaires permettent alors d’obtenir des informations à l’échelle macroscopique et à l’échelle microscopique, et ainsi de participer à l’éclaircissement des zones d’ombre qui demeurent autour des mécanismes de nucléation.
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Merzouk, Safae. "Développement d'un dispositif microfluidique intégrant des microcapteurs pour des applications biomédicales." Thesis, Lyon 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LYO10329.
Full textAbstract:
L'objectif principal de cette thèse est de développer des microsystèmes d'analyse qui sont constitués d'un assemblage de dispositifs microfluidiques et de microcapteurs sélectifs pour des applications biomédicales. les travaux réalisés dans cette thése entrent dans le secteur biomédical en termes d'amélioration des instrumentations portables basées sur des nouvelles technologies pour aider la médecine en ville, les soins à domicile…, qui pourraient avoir des conséquences très bénéfiques en santé publique. Il s'agit dans un premier lieu de développer un microcapteur sensible à l'ion lithium pour un meilleur control de la concentration du lithium chez un patient en traitement maniacodépressif en respectant la zone thérapeutique normale afin d'améliorer le diagnostique médical souhaité et surtout une très bonne sélectivité avec l'ion sodium. le deuxième objectif est consacré au developpement d'un nouveau type de microcapteur pour améliorer le temps d'un traitement antituberculeux (Isoniazide) en respectant les seuils thérapeutiques et aider la médecine clinique pour baisser le seuil mortel de la tuberculose dans le monde. la dérnier point qui fait l'objet de l'objectif principal de cette thése c'est le cas des dispositifs microfluidiques. Il s'agit d´appliquer des tests de validation sur les micromélangeurs et les microfiltres developpés par la technologie de fabrication en silicium/verre. L'assemblage des objectifs fixés est le concept du développement d'un laboratoire sur puce pour des appareils d'analyse médicaux pour encourager la médecine portable afin de garantir les points majeurs de la recherche biomédicale en terme du gain de coût et d'un temps de réponse réduit pour un diagnostique médical. Finalement, les résultats obtenus durant cette thèse ont donné lieu à des publications et des communications dans des congrès internationauxThe main objective of this thesis is to develop analytical microsystems which are composed of an assembly of microfluidic devices and microsensors for biomedical applications. the work done in this thesis is one of the solutions of biomedical problematic in terms of improving of portable instrumentations based on new technologies to help the medicine in town home care that could have very beneficial consequences in public health. one of the objectives of this work is, to develop a lithium sensitive microsensor for a better control of the concentration of lithium in a patient with manic-depressive treatment by respecting the normal therapeutic range desired to improve medical diagnosis and especially a very good selectivity with the sodium ion. the second objective is to develop a novel microsensor for improving the time to antituberculosis treatment (Isoniazid), respecting the therapeutic ranges and also, to help the clinical medicine to decrease the mortal level of tuberculosis in the world. the final point is the subject of the main objective of this thesis, it’s the development of microfluidic devices and their validation tests applied to the micromixers and microfilters developped by using the manufacturing technology based on silicon/glass. The assembly of the objectives is the concept of developing a lab-on-chip for medical analysis devices to encourage mobile medicine in order to ensure the main points of biomedical research in terms of reducing the gain cost and a rapid response time for medical diagnostic
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Penisson, Christophe. "Etudes thermodynamiques de fluides complexes par un dispositif de caractérisation microfluidique intégré." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT066/document.
Full textAbstract:
Pour augmenter les performances de nos composants électroniques, les fabricants ont recourt à de nouveaux matériaux tels que les terres rares. Malgré leur nom, les terres rares sont présentes en quantité sur le globe terrestre mais de façon diluée dans les minerais extraits. L’extraction de ces éléments est peu effectuée en Europe mais majoritairement en Asie où les procédés chimiques de séparations employés sont parfois peu respectueux de l’environnement. De plus les industriels européens sont contraints économiquement par le marché asiatique pour l’achat de ces matières premières. En revanche l’Europe dispose d’une grande quantité de déchets électroniques contenant les éléments d’intérêts. Les procédés de recyclage sont donc primordiaux pour réduire notre dépendance économique et répondre aux besoins d’une économie circulaire. Des procédés de recyclage comme par exemple, l’extraction liquide-liquide existent déjà, mais la diversité des déchets présents nécessite d’adapter le procédé en fonction du lot de déchets afin d’améliorer le rendement. Mais l’optimisation d’un procédé nécessite des expérimentations qui peuvent prendre plusieurs années. L’objectif de la thèse est de trouver des moyens innovants pour réduire le temps nécessaire à l’étude d’un système d’extraction liquide-liquide de quelques années à quelques semaines. Pour cela le domaine a besoin d’une instrumentation dédiée pouvant analyser de façon automatique et rapide les procédés. Les travaux de cette thèse ont donc porté sur le développement d’un dispositif microfluidique d’extraction liquide-liquide associé à deux techniques principales d’analyses en ligne. La première technique d’analyse est basée sur une méthode de fluorescence des rayons X (XRF) pour déterminer la performance d’extraction. La seconde méthode est basée sur de la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR) afin d’étudier l’activité des solvants (aqueux et organiques), informant sur les mécanismes d’extractionTo increase the performance of our electronic components, manufacturers are using new materials such as rare earth elements (REE). Despite their name, the REE are present in quantity on Earth but in a diluted way in the ores extracted. The extraction of these elements is little carried out in Europe but mainly in Asia where the chemical processes of separations employed are sometimes not very respectful of the environment. Moreover European manufacturers are economically constrained by the Asian market for the purchase of these raw materials. On the other hand, Europe has a large quantity of electronic waste containing the elements of interest. Recycling processes are therefore essential to reduce our economic dependence and meet the needs of a circular economy. Recycling processes such as, for example, liquid-liquid extraction already exist, but the diversity of the present waste requires to adapt the process according to the batch of waste in order to improve the yield. But the optimization of a process requires experiments that can take several years. The aim of the thesis is to find innovative ways to reduce the time needed to study a liquid-liquid extraction system from a few years to a few weeks. For this the domain needs a dedicated instrumentation that can analyse processes automatically and quickly. The work of this thesis is focused on the development of a microfluidic liquid-liquid extraction device associated with two main online analysis techniques. The first analytical technique is based on an X-ray fluorescence (XRF) method to determine the extraction performance. The second method is based on Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) in order to study the activity of solvents (aqueous and organic), informing about extraction mechanisms
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Galas, Jean-Christophe. "Réalisation de lasers microfluidiques à colorant et application à la détection intra-cavité." Paris 11, 2006. http://www.theses.fr/2006PA112283.
Full textAbstract:
Les Laboratoires sur Puce sont nés au début des années 1990. L’objectif de ces micro-dispositifs est d’intégrer, sur les quelques centimètres carrés d’une puce, les fonctionnalités d’une instrumentation macroscopique complexe permettant l’analyse d’un échantillon de très faible volume. Une des difficultés – outre les problèmes de transport de fluide, de mélange – réside dans la faible sensibilité de détection des capteurs intégrés. En effet, la réduction extrême des volumes rend les mesures délicates, qu'il s'agisse de mesures électriques, optiques ou autres. Dans ce cadre, les expériences réalisées au cours de cette thèse ont porté sur la réalisation de micro-sources lasers à colorant, destinées à devenir les briques de base d’un dispositif de détection optique intégré. Plusieurs configurations de micro-cavités ont été réalisées par des techniques de micro-et nano-fabrication différentes, puis caractérisées. En apportant des modifications aux circuits fluidiques des micro-lasers, un dispositif de détection par mesure d’absorption en configuration intra-cavité a été développé. Les mesures, effectuées sur des volumes d'échantillon d'un nanolitre, ont conduit à une sensibilité plus importante que celle des micro-dispositifs d'absorption classiquesLab on a Chip technology has been developed since the 90’s. These micro-devices are dedicated to perform complex laboratory operation on small scale. Among many others, detection sensitivity of the devices has to be increased. Indeed, the sample volume reduction leads to important detection difficulties for both electrical and optical measurement methods. To solve this problem, a new class of devices, coupling optic and fluidic components and so called optofluidic devices, has been developed. In this context, experiments done during this doctoral thesis focused on the realisation of dye laser sources embedded on a microfluidic chip. Several configurations of microfluidic dye lasers were tested and characterized accurately. Changing the design of the fluidic circuitry, an intra-cavity absorption measurement device was developed. Absorption measurements, performed on nanoliter sample volumes, led to a sensitivity better than those of classical absorption micro-devices
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Guglielmino, Maud. "Développement d'une nouvelle méthode analytique du formaldéhyde dans l'air basée sur un dispositif microfluidique." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAF048.
Full textAbstract:
Le formaldéhyde (HCHO) est un polluant majeur de l’air intérieur. L’objectif de cette thèse est de réaliser les avancées scientifiques et technologiques nécessaires à l’obtention d’une méthode analytique basée sur un dispositif microfluidique de mesure du formaldéhyde dans l’air associant précision, sélectivité, rapidité d’analyse avec pour objectif majeur une autonomie suffisante sur de longues durées, typiquement un mois. Le principe de la méthode reposait initialement sur trois étapes clés, à savoir le piégeage du formaldéhyde gazeux en solution, la réaction du formaldéhyde avec un agent dérivatif, puis la détection du produit de dérivation par colorimétrie ou fluorimétrie. La méthode a finalement évolué vers seulement deux étapes distinctes grâce à l’utilisation d’un dispositif microfluidique innovant dans lequel le piégeage et la réaction ont lieu simultanément. L’étude des performances analytiques du dispositif a permis de valider la méthode développée pendant cette thèseFormaldehyde (HCHO) is a major pollutant in indoor air. The objective of this work is to realize the scientific and technological advances required to obtain an analytical method based on a microfluidic device to measure air formaldehyde combining precision, selectivity, analysis speed with for major objective a sufficient autonomy on a long time, typically one month. The principle of the method was initially based on three key steps, the gaseous formaldehyde uptake in solution, the formaldehyde derivatization reaction, then the detection of reaction product by colorimetry or fluorimetry. The method has finally advanced toward only two definite steps thanks to the use of an innovative microfluidic device in which uptake and reaction take place simultaneously. The study of analytical performances of the device allows to validate the method developedduring this work
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Lei, Lei. "Optofluidique : dispositifs intégrés et applications en physique, chimie, et biologie." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066487.
Full textAbstract:
Des nouveaux dispositifs microfluidiques sont conçus avec des éléments optiques intégrés tels que les réseaux de diffraction verticaux et latéraux, des cavités de fibre optique, des microsphères de laser à colorant, etc. Ces dispositifs sont ensuite utilisés pour démontrer les potentialités d’applications dans le domaine de la chimie et de la biologie. Nous avons d’abord intégré un réseau de diffraction en transmission dans une chambre fluidique, qui nous a permis d’étudier les propriétés de mouillabilité d’une surface super hydrophobique. Ensuite, nous avons fabriqué un réseau de diffraction sur un bout de fibre optique pour la réalisation d’un réfractomètre portable et la détection de l’index de réfraction d’une solution dans un canal microfluidique. Puis, nous avons combiné les techniques de la lithographie par nanoimpression et de la déposition électrochimique afin de réaliser des nanostructures de haute densité et de très faibles gaps utilisables comme substrat pour la spectroscopie de Raman améliorée avec une surface. Finalement, nous avons appliqué les techniques de focalisation hydrodynamique et d’absorption à intra-cavité laser pour investiguer les problèmes de réaction chimique et d’analyse en biologie cellulaire. En plus, nous avons réussit à produire des microsphères mono disperses dopés de molécules de colorant, qui peut-être utilisées pour créer une source laser de multi-modes pour des analyses spectrales diverse et variées.
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Desvignes, Emma. "Dispositifs fluidiques 3D pour l'étude de la migration cellulaire des macrophages." Thesis, Toulouse, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAT0046.
Full textAbstract:
Au cours des deux dernières décennies, des études ont été réalisée pour mesurer les forces mécaniques exercées par des cellules vivantes sur leur environnement. Cela a conduit au développement de diverses techniques ingénieuses qui ont principalement été réalisées pour comprendre la façon dont les cellules exercent des forces pendant leur migration sur des substrats bidimensionnels (2D). Cependant, in vivo, les cellules migrent à travers des environnements tridimensionnels (3D) et les mécanismes utilisés pour migrer en 3D diffèrent significativement de ceux de la migration 2D. A titre d'exemple, les cellules confinées en 3D rencontrant des constrictions ont besoin de déformer leur noyau, leur organelle le plus grand et le plus rigide. En 2D, les noyaux ne sont pas des facteurs limitants pour la migration. Il est donc nécessaire de développer des outils pour comprendre comment les cellules migrent en 3D. En particulier, des études doivent être menées pour déterminer comment les cellules appliquent des forces en fonction du niveau de confinement auquel elles se trouvent confrontées. Pour répondre à cette question difficile, nous avons développé deux types de micro-dispositifs. Tout d'abord, nous avons conçu et fabriqué un dispositif de microfluidique pour étudier les forces générées par les cellules pendant une migration confinée. Ce dispositif est constitué de microcanaux de dimensions contrôlées équipés de micropiliers, servant de capteurs de forces .Ces capteurs de forces présentent une sensibilité de l’ordre de 70 pN. Nous avons ensuite introduit dans le dispositif des macrophages humains, cellules du système immunitaire, à l'intérieur du dispositif et évalué la flexion des micropiliers engendrée par les forces cellulaires appliquées lors de leur migration. Grâce au développement d’un algorithme permettant l’analyse des images, nous avons pu évaluer les forces générées dans différentes zones cellulaires et révéler que les cellules redirigent les forces de pression de l'intérieur vers l'extérieur lorsque le degré de confinement augmente. Cette observation suggère un mode de migration très spécifique lié au confinement spatial qui est basé sur l’appui sans adhésion sur les obstacles de l’environnement. Dans un deuxième temps nous avons fabriqué des réseaux tri-dimensionnels obtenus par une méthode de lithographie bi-photonique 3D. Les motifs de ces réseaux possèdent des dimensions caractéristiques de l'échelle cellulaire (1-10 μm) et sont composés de poutres suspendues qui peuvent être courbés par les cellules vivantes qui migrent au sein du treillis tri-dimensionnel. En enregistrant une séquence vidéo des déformations de l'échafaudage, nous pouvons étudier l'activité mécanique de la cellule dans l'espace et le temps pendant sa migration 3D. Nos résultats montrent que les macrophages sont capables de pénétrer dans des réseaux de géométrie cubique lorsque la période du réseau est supérieure à 5 μm et que le support de migration lui-même peut être utilisé comme capteur pour mesurer les forces exercées par les cellules. Grâce à la mesure de la rigidité du matériau constituant le treillis 3D et des modélisations de la déformation élastique de la structure 3D, nous avons pu évaluer que la contrainte mécanique globale qu’exerce un macrophage sur son microenvironnement est de l’ordre de 500 kPa. Grâce à la combinaison de la microfabrication, l'imagerie cellulaire et l'analyse automatisée des images, nous sommes parvenus à quantifier les efforts mécaniques cellulaires mis en jeu lors de la migration de macrophages humains au sein d’environnements confinés et nous mettons ainsi en lumière la mécanique spécifique des cellules migrant en 3DOver the past two decades, studies have been conducted to measure the mechanical forces exerted by living cells on their environment. This has led to the development of a variety of ingenious techniques that have been primarily developed to understand how cells exert forces during their migration on 2D substrates. However, in vivo, cells migrate through three-dimensional (3D) environments and the mechanisms used to migrate in 3D differ significantly from those of 2D migration. For example, confined cells in 3D encountering constrictions need to deform their nucleus, their largest and most rigid organelle. In 2D, kernels are not limiting factors for migration. It is therefore necessary to develop tools to understand how cells migrate in 3D. In particular, studies need to be conducted to determine how cells apply forces based on the level of containment they encounter. To answer this difficult question, we have developed two types of micro-devices. First, we designed and manufactured a microfluidic device to study the forces generated by cells during a confined migration. This device consists of microchannels of controlled dimensions equipped with micropiliers, serving as force sensors. These force sensors have a sensitivity of the order of 70 pN. We then introduced into the device human macrophages, cells of the immune system, inside the device and evaluated the bending of micropiliers generated by the cellular forces applied during their migration. Through the development of an algorithm for image analysis, we have been able to evaluate the forces generated in different cell areas and reveal that cells are redirecting pressure forces from the inside to the outside as the degree of containment increases. This observation suggests a very specific mode of migration related to spatial confinement that is based on the support without adhesion on the obstacles of the environment. In a second time we made three-dimensional networks obtained by a 3D bi-photonic lithography method. Les motifs de ces réseaux possèdent des dimensions caractéristiques de l'échelle cellulaire (1-10 μm) et sont composés de poutres suspendues qui peuvent être courbés par les cellules vivantes qui migrent au sein du treillis tri-dimensionnel. En enregistrant une séquence vidéo des déformations de l'échafaudage, nous pouvons étudier l'activité mécanique de la cellule dans l'espace et le temps pendant sa migration 3D. Nos résultats montrent que les macrophages sont capables de pénétrer dans des réseaux de géométrie cubique lorsque la période du réseau est supérieure à 5 μm et que le support de migration lui-même peut être utilisé comme capteur pour mesurer les forces exercées par les cellules. Grâce à la mesure de la rigidité du matériau constituant le treillis 3D et des modélisations de la déformation élastique de la structure 3D, nous avons pu évaluer que la contrainte mécanique globale qu’exerce un macrophage sur son microenvironnement est de l’ordre de 500 kPa. Grâce à la combinaison de la microfabrication, l'imagerie cellulaire et l'analyse automatisée des images, nous sommes parvenus à quantifier les efforts mécaniques cellulaires mis en jeu lors de la migration de macrophages humains au sein d’environnements confinés et nous mettons ainsi en lumière la mécanique spécifique des cellules migrant en 3D
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Ngom, Sokhna Mery. "Dispositifs nanofluidiques à électro-préconcentration sélective." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS459.
Full textAbstract:
Détecter des biomolécules à l’état de traces reste l’un des enjeux actuels des biopuces. Les dispositifs nanofluidiques apparaissent aujourd’hui comme une voie prometteuse pour simultanément concentrer et détecter des biomolécules. Cette électro-préconcentration est possible grâce au caractère de perméabilité sélective de la nanofente (ou du nanocanal), qui se comporte sous champ électrique comme un «super-filtre» moléculaire à perméabilité sélective. Ce nanofiltre permet de piéger les analytes en amont ou en aval de la fente, dans l’un ou l’autre des réservoirs (anodique ou cathodique). Au cours de ce doctorat, j’ai développé et étudié des dispositifs nanofluidiques sur la base de deux géométries différentes : des nanofentes horizontales uniques et des réseaux de nanocanaux verticaux, dans une géométrie de code-barres. Pour les nanofentes horizontales, j’ai étudié l’évolution de la conductance en fonction de la force ionique et de la géométrie de la nanofente. Sur la base d’un protocole d’électro-préconcentration assistée en pression, j’ai établi des diagrammes « champ électrique/pression » qui permettent de prédire l’obtention d’un point focal stable où les analytes vont se concentrer. J’ai étudié le rôle de la longueur de la nanofente sur l’observation de ce point focal pour deux molécules modèles, la fluorescéine et l’ovalbumine. Pour les dispositifs à code-barres, j’ai mis au point un procédé de nanostructuration par lithographie électronique couplée à de la gravure profonde et un protocole de collage verre-verre. Les profils d’électropreconcentration obtenus pour différentes nanofentes au sein des codes-barres dynamiques permettent de discuter du rôle de la géométrie sur l’observation du point focalDetecting trace biomolecules remains one of the current challenges for biochips. Nanofluidic devices appear today as a promising way to simultaneously concentrate and detect biomolecules. This electropreconcentration is possible thanks to the selective permeability of the fluidic nanoslit, which behaves under electric field as a molecular selective "super-filter". This nanofilter makes it possible to trap the analytes upstream or downstream of the slot, in one or the other of the reservoirs (anodic or cathodic). During this Ph.D., I developed and studied nanofluidic devices based on two different geometries: single horizontal nanoslits and vertical nanochannel arrays, in a barcode geometry. For horizontal nanoslits, I studied the evolution of the conductance as a function of the ionic strength and the nanoslit geometry. Based on a pressure-assisted electro-preconcentration protocol, I have established "electric field/ pressure" diagrams allowing predicting stabilization of a focal point where the analytes will concentrate. I have studied the role of the nanoslit length for two model molecules, fluorescein and ovalbumin. For barcode devices, I developed both a nanostructuration process by electron beam nanolithography coupled with deep etching and a glass-glass bonding protocol. The electroconcentration profils obtained for different nanofentes is discussed based on different dynamic barcodes
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Tran, Van Man. "Dispositif microfluidique de concentration et de detection pour le dosage du plomb (Pb 2+) dans l'eau." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0158.
Full textAbstract:
Un nouveau dispositif micro fluidique de concentration par extraction liquide-liquide en micro volumes a été dimensionné et fabriqué. Ce dispositif est équipé de fibres optiques qui sont connectées à un spectrophotomètre permettant une lecture un situ et en continu de la concentration des espèces chimiques qu'on souhaite concentrer et loser. Le procédé d'extraction développé et mis en œuvre pour valider ce dispositif est adapté aux métaux lourds, plus particulièrement le plomb sous forme ionique en phase aqueuse. Les conditions de stabilité des écoulements diphasiques en microcanaux et la cinétique de transfert de matière qui ,s' établit au sein du micro-concentrateur ont été étudiées théoriquement et expérimentalement si bien que les nodèles numériques développés ont bénéficier des résultats expérimentaux pour être améliorésThis thesis focus on the implementation of a microfluidic based micro-extractor which can perform on-line :extraction-detection of target molecules flowing in a carrier liquid. The system comprises a primary micro channel , containing a flowing aqueous carrier liquid and a secondary immiscible organic storage fluid in an adjacent hannel. The biphasic interface is stabilized by vertical micro-pillars. The fabrication of the device is described and followed by the theoretical and experimental study on the interfacial fluidic stabilization. The results were used for the application of liquid-liquid extraction of lead (Pb2+) from water D an organic solvent phase. The pre-concentration of lead ion is coupled with the in-situ detection using an ntegrated UV -VIS spectrophotometer
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Bricks, Thibault. "Développement d’un dispositif microfluidique ayant pour objectif l’étude des effets de premiers passages intestinaux et hépatiques." Thesis, Compiègne, 2014. http://www.theses.fr/2014COMP2151/document.
Full textAbstract:
Le développement de méthodes in vitro fiables et prédictives représente à l’heure actuelle un véritable défi. En effet, la demande en méthodes alternatives à l’expérimentation animale n’a cessé de croître ces dernières années du fait de la mise en place de législations limitant par considérations éthiques l’utilisation de ces modèles in vivo. De plus, ce besoin a été renforcé par le règlement européen REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) imposant aux industriels de valider l’innocuité de nombreuses substances déjà commercialisées. Toutefois, les modèles in vitro classiques consistant en la culture simple de cellules en monocouche dans des boîtes de Petri ne permettent pas de conserver les propriétés initiales de ces cellules et de retranscrire les conditions et l’environnement cellulaire des organes in vivo. Le développement de méthodes alternatives in vitro prédictives s’avèrent donc crucial en particulier pour mimer le fonctionnement de deux organes : l’intestin et le foie. En effet, ces deux organes sont largement impliqués dans les processus d’Absorption, Distribution, Métabolisme et Excrétion (ADME) de la plupart des xénobiotiques ingérés. C’est pour ces raisons que nous avons testé la faisabilité de l’une de ces méthodes in vitro alternative permettant d’associer une barrière intestinale à la culture dynamique de cellules hépatiques au sein de microsystèmes dans le cadre de ce doctorat. Cette coculture est effectuée au sein du dispositif appelé IIDMP (Integrated Insert in a Dynamic Microfluidic Platform). Nous avons décidé de tester d’une part l’influence de la culture dynamique et d’autre part d’éventuelles interactions entre les cellules intestinales et hépatiques sur la fonctionnalité et l’activité métabolique de ces deux types cellulaires. Les résultats obtenus durant ce doctorat ont permis d’atteindre 4 objectifs :- Développer un dispositif fiable en termes de fonctionnalité (fluidique, robustesse…).- Mettre en évidence l’innocuité du dispositif lorsque des cellules de lignée et primaires y étaient cultivées.- Démontrer les avantages de l’utilisation de ce dispositif comparativement à l’utilisation de modèles classiques in vitro, en particulier avec des cellules de lignée.- Démontrer que l’utilisation de ce dispositif permettait de mettre en évidence des phénomènes d’interactions entre cellules intestinales et hépatiques notamment sur l’activité du CYP1A2 des hépatocytes qu’ils soient issus d’une lignée ou de cultures primairesThe development of reliable and predictive in vitro methods is a real challenge. Indeed, the demand for alternative methods to animal experimentation has been growing in recent years due to the introduction of legislation limiting the use of these models in vivo by ethical considerations. Moreover, this need was amplified by regulations such as the European REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) requiring the safety validation of many substances. However, the conventional in vitro model consisting in a simple cell culture monolayer in Petri dishes does not preserve the initial properties of these cells and does not mimic the conditions of the cellular environment and organs in vivo. The development of alternative in vitro predictive methods is crucial especially to mimic the working of two organs: the intestine and liver. Indeed, these two organs are involved in the process of Absorption, Distribution, Metabolism and Excretion (ADME) of most xenobiotics ingested.We propose in this thesis to test the feasibility of one of these in vitro alternative methods allowing the association between an intestinal barrier and the dynamic culture of hepatic cells in microsystems in a device called IIDMP (Integrated Dynamic Insert in a Microfluidic Platform). We tested the influence of the flow of culture and possible interactions between intestinal and liver cells on the function and metabolic activity of these two cell types.Then, we demonstrated that : - This device is reliable in terms of global functionality (fluid, robustness ...).- This device did not injury the integrity of the cell line and primary cells.- The use of this device has many advantages when compared with the use of conventional in vitro models, especially with cells line.- The use of this device highlights phenomena of interaction between hepatic and intestinal cells as an increase of the CYP1A2 activity of HepG2 C3A and human primary hepatocytes
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Crozatier, Cécile. "Contrôle et analyse électrochimique de la réactivité biologique à l'échelle de la cellule unique dans un dispositif microfluidique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00178656.
Full textAbstract:
Les systèmes d'analyse miniaturisés sont particulièrement adaptés pour les analyses de cellules en faible nombre ou de cellules isolées. Une telle diminution du volume d'analyse permet une augmentation de la concentration locale et par conséquent une augmentation de la sensibilité des mesures effectuées. Les travaux présentés dans cette thèse se positionnent dans ce cadre en proposant un outil analytique novateur, couplant le contrôle dynamique des micro-environnements de la cellule par la microfluidique et l'analyse instantanée et locale des espèces en solution par l'électrochimie.Grâce au développement d'outils modulables de culture cellulaire et de manipulation de cellules vivantes dans des dispositifs microfluidiques, nous avons mis en place le contrôle dynamique stable de stimulations chimiques sur une population de cellules souches mésenchymateuses (CSM) en culture et poursuivons cette étude dans le but d'induire la réactivité cellulaire des CSM vers la voie de différenciation neuronale.
Le développement d'un microsystème intégré de détection électrochimique du stress oxydant sur cellules uniques est mis en oeuvre à travers la réalisation d'un dispositif microfluidique intégré consistant en un réseau de chambres de mesures, contenant des microélectrodes fonctionnelles, et permettant d'isoler des macrophages uniques et de les maintenir en survie pendant plusieurs dizaines de minutes, durée suffisante pour réaliser nos mesures électrochimiques. En faisant varier les conditions de mesure, comme le nombre de cellules sondées dans le même micro-environnement, la nature du stimulus ou la présence ou non de communication cellulaire avec une population voisine, nous posons les bases d'une analyse originale jamais réalisée jusqu'à présent.
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Chen-Jolly, Hongyu. "Conception d'un dispositif microfluidique de synthèse en continu du poly(acide acrylique) en milieu hétérogène eau/CO2 supercritique." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0233/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse rend compte de la mise en oeuvre d’un système de synthèse en continu dupoly(acide acrylique) en milieu CO2 supercritique (15 MPa et 75 °C). Nous avons conçu undispositif microfluidique résistant aux hautes pressions permettant l’écoulement de gouttes desolution aqueuse de monomère dans une phase continue constituée d’un mélangesupercritique d’éthanol dans du CO2 et contenant l’amorceur azobisisobutyronitrile (AIBN).Nous avons déterminé par spectroscopie IR la répartition des différentes espèces chimiquesdu mélange en fonction de la pression et la température, puis caractérisé la décompositionthermique de l’amorceur selon la composition du milieu réactionnel par spectroscopie UVVis.Enfin, nous avons montré que les gouttes sont comparables à des réservoirs demonomère alimentant sans cesse la phase continue. En raison de ce transfert rapide vis-à-visde la conversion de l’AA en chaîne polymère, la réaction de polymérisation s’effectuecontinûment avec un rapport molaire monomère sur amorceur constant durant tout le tempsde séjour dans le microcanal (jusqu’à 41 min). Une gamme large de masses molaires avec desindices de polymolécularité faibles a été obtenue : de 20 000 à 120 000 g.mol-1 pour 1,35 à1,70, en variant simplement les concentrations de monomère de la solution aqueuse initiale.Les paramètres expérimentaux influençant les propriétés du poly(acide acrylique) obtenu,ainsi que le lieu de la polymérisation ont été étudiésIn this work, a continuous microfluidic device was developed to perform the synthesis ofpoly(acrylic acid) in supercritical CO2 (15 MPa and 75°C). This high pressure resistantdevice allows generating segmented flows in microcanal: an aqueous solution of monomerwas dispersed in a mixture of ethanol in CO2 containing initiator AIBN. The distribution ofdifferent components in this biphasic system has been determined by IR spectroscopyaccording to the pressure and the temperature. The thermal decomposition of AIBN indifferent reaction media has been investigated using UV-Vis spectroscopy. During thereaction, the droplets were used as reservoirs which insure the transfer of monomer to thecontinuous phase. Because of this rapid transfer compared to the reaction conversion, thepolymerization reaction was carried out continuously with a constant molar ratio betweenmonomer and initiator throughout the residence time (up to 41 min). It has been showed thata large range of molecular weights of poly(acrylic acid) (20 000 and 120 000 g.mol-1) withlow polydispersity index (1.35 à 1.70) can be obtained by just changing the initial monomerconcentration in the droplets. The effect of other parameters influencing the properties ofpoly(acrylic acid) as well as the locus of polymerization have been discussed
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Bussonnière, Adrien. "Actionnement microfluidique par ondes acoustiques de surface : de la physique aux applications biologiques." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10212/document.
Full textAbstract:
Les laboratoires sur puce visent à intégrer sur un substrat miniaturisé une ou plusieurs fonctions de laboratoire. Cette miniaturisation d’opérations élémentaires présente des avantages indéniables en termes de portabilité, de vitesse et de rendement des analyses chimiques ou biologiques. Il est ainsi nécessaire de pouvoir contrôler avec précision des petites quantités de liquide sous forme de gouttes. Les actionneurs à ondes acoustiques de surfaces permettent de réaliser la plupart des opérations requises en exploitant les interactions non linéaires entre une onde acoustique et un liquide. Toutefois la physique sous-jacente à ces microsystèmes n’est encore que partiellement comprise, limitant le développement de telles plateformes d’analyse. Nous nous proposons, dans ce travail, d’étudier de manière théorique et expérimentale l’oscillation et le déplacement d’une goutte soumise à des ondes acoustiques de surface. La réaction d’une goutte à une telle excitation ainsi que les transferts non linéaires d’énergie sont abordés dans une première partie. La deuxième partie est consacrée à la modélisation faiblement non linéaire de l’oscillation d’une goutte afin de prédire les résonances paramétriques d’une goutte soumise à une excitation périodique. Dans une troisième partie, la comparaison de la dynamique de gouttes pendantes et de gouttes posées sur des plans horizontaux et inclinés met en exergue l’influence de la gravité sur la dynamique de la goutte, et permet d’observer de nouvelles dynamiques complexes. Enfin dans la dernière partie, les dynamiques décrites dans les précédents chapitres sont utilisées pour trier des cellules en fonction de leur pouvoir d’adhésionA lab-on-a-chip aims at integrating on a miniaturized substrate one or several laboratory functions. This miniaturization of elementary functions has major advantages to design portable systems, to control precisely the experimental conditions or to reduce the environmental impact of industrial activities. In most of these microsystems, it is necessary to actuate a small amount of chemical or biological fluid under the form of droplets. In particular, it is often necessary to move, divide atomize or mix these small quantities of fluids. Surface Acoustic Wave actuators allow to perform all these elementary operations. They rely on the nonlinear interaction of a surface wave and a liquid. However a precise understanding of the underlying physics is still missing, hence restraining a widespread use of these microsystems. We present, in this thesis, a theorical and experimental study of the oscillation and the displacement of a droplet under a surface acoustic wave excitation. In the first part, we describe the droplet dynamics and nonlinear energy transfers that occur during actuation. The second part of the manuscript is dedicated to the development of a weakly nonlinear model to study parametric response of a droplet to periodic excitation. In a third part, the influence of the gravity is shown through the comparison of pendant and sessile droplet dynamics. A competition beetwen acoustic forces and gravity appears when tilting the experimental device and allow us to observe new droplet dynamics. In the last part of the manuscript, the free surface drop deformations generated by surface acoustic waves, are used to viably sort cells based on their adhesion properties
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Plecis, Adrien. "Etude et contrôle de la charge de surface dans les dispositifs micro/nanofluidiques : nouveaux outils pour les sciences séparatives." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112248.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a consisté à développer les outils technologiques et les modèles corrélant expériences et théorie, permettant de mieux appréhender le rôle et l’évolution de la charge de surface ainsi que des phénomènes électrocinétiques dans les systèmes micro et nanofluidiques. Afin d’étudier les propriétés de charge surfacique dans les dispositifs micrométriques, un système de mesure dédié à la mesure du flux électroosmotique (FEO) a été réalisé : le Pont de Wheatstone Fluidique (PWF). Cette plateforme fondée sur l’analogie électrique-microfluidique a permis de mettre en évidence l’instabilité de l’interface eau-verre. Le contrôle de la charge de surface a été mené au travers de deux stratégies : (i) chimiquement, avec l’utilisation de divers prétraitements acides ou basiques et au travers de l’étalement de multicouches de polymères chargés ; (ii) physiquement, au travers d’interfaces conductrices polarisables en contact direct avec le liquide (transistors fluidiques). Cette dernière stratégie permet notamment de contrôler la charge de surface et le FEO dynamiquement pour une large gamme de tampons biologiques. A l’échelle nanométrique, l’étude des phénomènes électrocinétiques s’est focalisée sur une étude expérimentale et théorique (calculs par éléments finis) du phénomène d’électropréconcentration. Ces travaux ont débouché sur une vision phénoménologique globale de ce phénomène mettant en avant le rôle majeur de la charge de surface sur l’efficacité et la sélectivité de ce processus. Au-delà de l’approche fondamentale, ce travail de thèse a aussi permis de proposer de nouveaux outils pour la séparation électrophorétique d’objets biologiquesThis work is based on the development of technological, experimental and theoretical tools dedicated to the study of the surface charge developing at the liquid-solid interface of micro and nanofluidic devices. The control of electrokinetic phenomena involved in most of electrophoretic separation processes was also investigated from a chemical and physical point of view in order to provide new routes for the design of “smart” electrophoretic separation devices. A plateform dedicated to the measurement of electro-osmotic flows (EOFs) was achieved on the basis of an analogy between microfluidics and electronics: the microFluidic Wheatstone Bridge (µFWB). This indirect method enabled us to study the stability issues of the Glass-water interface. In order to control the surface charge, two strategies were confronted: (i) chemically, the influence of acido-basic pretreatments on the hysteresis of glass surface was investigated and multilayer of poly-electrolytes were deposited as surface charge stabilizer; (ii) Physically, conducting polarisable interfaces were used to directly fix the surface potential at the liquid interface (Flow-FETs). This original structure enables to control the surface charge and the EOF dynamically for a wide range of biological buffers. At the nanoscale, our study focused on the electro-preconcentration phenomena through experimental and numerical works. The role of surface charge on preconcentration rate efficiency was highlighted through 1D finite element calculations; this study also enabled us to provide a global understanding of the various preconcentration regimes observed in the literature. Beyond this fundamental study, novel tools were proposed to improve electrophoretic analysis of biological species
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Tarbague, Hakim. "Étude et mise au point d'une plateforme de biodétection de micro-organismes couplant immunocapteur a ondes de love et dispositfs PDMS microfluidiques." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00985746.
Full textAbstract:
Depuis plusieurs décennies, les biocapteurs connaissent un développement croissant de par leurs champs d'applications. Dans ce contexte, au travers d'une approche pluridisciplinaire, nous avons conçu une cellule de mesure et des puces microfluidiques en polymère PDMS, qui, couplées à des immunocapteurs à ondes de Love, constituent une plateforme pour la détection rapide de bio-organismes. Cette nouvelle plateforme a permis la détection directe et spécifique d'anticorps et de bactéries Escherichia Coli entières vivantes. Elle a également permis de diminuer significativement le temps de détection (de plusieurs heures à quelques minutes), de simplifier les protocoles de test, et d'introduire la "composante dynamique" proche des phénomènes biologiques. La spécificité de la détection résidant dans la fonctionnalisation de surface du capteur, cette plateforme peut s'adapter à la détection d'un spectre très large de bioorganismes ou de composés en milieu liquide.
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Tarbague, Hakim. "Étude et mise au point d’une plateforme de biodétection de micro-organismes couplant immunocapteur a ondes de love et dispositfs pdms microfluidiques." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14290/document.
Full textAbstract:
Depuis plusieurs décennies, les biocapteurs connaissent un développement croissant de par leurs champsd'applications. Dans ce contexte, au travers d'une approche pluridisciplinaire, nous avons conçu une cellule de mesure etdes puces microfluidiques en polymère PDMS, qui, couplées à des immunocapteurs à ondes de Love, constituent uneplateforme pour la détection rapide de bio-organismes. Cette nouvelle plateforme a permis la détection directe etspécifique d'anticorps et de bactéries Escherichia Coli entières vivantes. Elle a également permis de diminuersignificativement le temps de détection (de plusieurs heures à quelques minutes), de simplifier les protocoles de test, etd'introduire la "composante dynamique" proche des phénomènes biologiques. La spécificité de la détection résidant dansla fonctionnalisation de surface du capteur, cette plateforme peut s'adapter à la détection d'un spectre très large de bioorganismesou de composés en milieu liquideAbstract
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Renaudin, Alan. "Réalisation d'une plate-forme à ondes acoustiques de surface pour une microfluidique digitale dédiée à la biologie." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376_2006_190.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la microfluidique digitale dans les Lab-on-Chips dédiés aux applications biologiques. Nous présentons les résultats concernant le déplacement et la manipulation de gouttes de liquides à partir d'ondes acoustiques de surface (SAW) utilisées comme mode d'actuation. Ces ondes sont propagées dans le substrat piézoélectrique à partir de transducteurs à peignes interdigités travaillant à 20MHz. Les gouttes peuvent être pincées entre ce substrat et un couvercle de fermeture qui limite l'évaporation. Des traitements de surface et des conditions d'excitation SAW optimisés permettent de déplacer, de fusionner et de mélanger des gouttes de liquides sur une plate-forme dédiée. Nous exposons ensuite une méthode innovante de pulse-écho que nous avons développée pour localiser la goutte avec une précision submillimétrique. Le logiciel développé au laboratoire permet la gestion en aveugle du déplacement des gouttes et leurs entrées-sorties sur des zones bioactives. Nous précisons aussi les conditions pour maîtriser la température d'une goutte immobile. Dans ce contexte, une goutte de volume calibré allant du nanolitre au microlitre et contenant des analytes (protéines. . ) devient un microlaboratoire mobile dont le contenu peut interagir par contact avec les zones fonctionnalisées du couvercle. L'architecture originale et les solutions microfluidiques que nous proposons permettent d'envisager la réalisation d'un premier prototype de microsystème fluidique SAW pour l'analyse de protéines par spectrométrie de masse de type MALDI.
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Martin, Alexandre. "Conception d'un dispositif microfluidique résistant à la pression pour la caractérisation de l'hydrodynamique de mélanges en conditions proches du domaine supercritique : étude du binaire partiellement miscible CO2-Ethanol." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://oatao.univ-toulouse.fr/17411/1/MARTIN_Alexandre.pdf.
Full textAbstract:
L’utilisation d’outils microfluidiques pour la mise en œuvre de procédés sous-pression tels que des réactions chimiques, des synthèses de matériaux nano-structurés, ou en tant qu’outils de détermination de grandeurs physico-chimiques est une thématique de recherche récente. Quelques travaux précédents ont démontré l'intérêt des procédés supercritiques en microcanal pour la chimie organique et la synthèse de nanocristaux. Le développement de ces procédés est concomitant à la mise au point de dispositifs capables de résister à des conditions de pression et température élevées tout en étant compatibles avec l’utilisation de fluides supercritiques. Les avantages de ces fluides pour ce type de procédé sont une faible viscosité et une diffusivité élevée, ce qui offre des conditions de mélange favorables. Cependant, dans le même temps, les propriétés de transport – comme la masse volumique – sont très sensibles aux variations de température et de pression, qui ne peuvent être évités dans ces systèmes où les fluides sont en écoulement. Dans des systèmes diphasiques où le CO2 supercritique (PC = 74 bar) est utilisé en tant que solvant, les transferts thermique et de matière sont fortement influencés par la nature des écoulements. Dans un souci de maîtrise de ces procédés, la compréhension du comportement hydrodynamique, à la fois locale et globale, des fluides supercritiques en microcanal devient fondamentale. Dans cet objectif, un dispositif de microfluidique transparent et résistant à des pressions supérieures à la pression critique du CO2 a été développé. En adaptant une méthodologie propre à la lithographie molle, permettant la fabrication de puces microfluidiques pour des applications à pression atmosphérique, nous sommes parvenus à établir un protocole de fabrication de puces en verre et résine photosensible, viables pour une utilisation à plus de 100 bar en conditions CO2 supercritique. Grâce à ces dispositifs, des expérimentations d’ombroscopie ont pu être réalisées pour observer des écoulements composés de CO2 et d’éthanol dans le microcanal de section carrée de 200 x 200 µm à des pressions comprises entre 40 et 90 bar. Pour identifier et comprendre les phénomènes qui entrent en jeu lors de la création de l’écoulement à haute pression, une approche thermodynamique relative aux équilibres de phase est indispensable. En effet, la connaissance du diagramme de phase permet d’ores et déjà de représenter les zones d’équilibres thermodynamiques (pression, température et composition) pour lesquelles le mélange créé est monophasique liquide ou diphasique liquide-vapeur. L’illustration expérimentale par les séquences d’écoulement obtenues justifie la modélisation thermodynamique du diagramme de phase du binaire d’étude. Le régime d’écoulement de Taylor, obtenu spécifiquement à l’intérieur de la zone d’équilibre diphasique liquide-vapeur, est étudié. Ce régime est caractérisé par des bulles allongées entourées par un film liquide et séparées les unes des autres par une poche liquide. L’évolution des caractéristiques hydrodynamiques de ce régime – longueur de bulle, longueur de slug et vitesse de bulle – est étudiée en fonction des conditions opératoires, des débits et propriétés des fluides. L’objectif étant de repérer les similitudes avec les caractérisations à pression ambiante de la littérature et les particularités résultantes d’une manipulation à haute pression. Ce travail a été à l’origine de plusieurs avancées pour les communautés microfluidique et supercritique. Un nouveau protocole de fabrication à moindre coût de puces microfluidiques compatibles avec l’utilisation de CO2 supercritique et des méthodes de visualisation avancées est présenté. Une modélisation thermodynamique et une étude hydrodynamique expérimentale permettent de construire une carte d’écoulement des régimes biphasiques observés à haute pression ainsi qu’une caractérisation hydrodynamique du régime de Taylor à haute pression en microcanal.
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Pariset, Eloïse. "Développement d'un dispositif microfluidique de Déplacement Latéral Déterministe (DLD) pour la préparation d'échantillons biologiques, en vue de l'extraction de vésicules extracellulaires." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY027/document.
Full textAbstract:
Les vésicules extracellulaires (EVs) apparaissent depuis une dizaine d'années comme de nouveaux biomarqueurs à fort potentiel pour des applications de biopsie liquide. En effet, les EVs portent la signature de leurs cellules émettrices, par le transport de matériel génétique et protéique cellulaire, qui peut être exploité comme outil de diagnostic précoce. L’une des principales limitations actuelles à l'utilisation clinique des EVs est la difficulté à extraire ces nano-objets à partir de biofluides complexes et à standardiser les protocoles de préparation d'échantillon. En effet, de nouvelles technologies sont requises pour effectuer un isolement efficace, bas coût et rapide de sous-populations d'EVs, sans altérer leur intégrité et à partir de faibles volumes d'échantillon. La technique microfluidique de Déplacement Latéral Déterministe (DLD) apparaît comme une des technologies prometteuses pour atteindre ces performances grâce à une purification passive et sans marquage. Les dispositifs de DLD mettent en oeuvre un réseau de piliers générant un tri en taille des particules, et dont les paramètres géométriques permettent de contrôler précisément le diamètre de séparation. Parmi les nombreuses applications de cette technologie dans le secteur biomédical, aucune ne permet pour le moment de réaliser l'extraction complète d'EVs directement à partir du biofluide d'intérêt, sans étapes de purification intermédiaires par centrifugation par exemple. Dans cette perspective, nos développements technologiques ont pour but d'améliorer la fiablilité, l'efficacité et l'intégration des dispositifs de DLD. A partir d'études numériques et expérimentales, nous proposons ici de nouveaux modèles pour anticiper au mieux le comportement des particules lors de la conception de réseaux de DLD. Par ailleurs, dans une approche orientée système, nous proposons également un packaging fluidique des dispositifs de DLD. Plusieurs étapes de tri étant généralement requises pour la purification d’échantillons biologiques, nos développements portent également sur la façon d’interconnecter ces modules au sein d'une configuration en série. Deux applications biologiques sont adressées et démontrent la versatilité de la technologie de DLD : l'isolement de bactéries E. coli à partir de prélèvements sanguins humains - en vue du diagnostic du sepsis - et l'extraction d'EVs dans des milieux de culture cellulaires - avec en perspective la détection d'EVs spécifiques par biopsie liquide. L'étape de préparation d'échantillon ne peut être dissociée de l'étape de caractérisation. C'est pourquoi, l'isolement des EVs devra dans un second temps être couplé à leur analyse au sein d'un dispositif intégré, portable et autonome, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives vers l'application clinique des recherches actuelles sur les EVsOver the past decades, Extracellular Vesicles (EVs) have demonstrated strong potential as new biomarkers for liquid biopsy. Indeed, since EVs are fingerprints of parent cells, they can be exploited as early diagnostic tools. However, owing to their small size and high heterogeneity, EVs are challenging to extract from biofluids. In particular, reproducible and standardized protocols are required to perform fast, efficient, and cost-effective preparation of undamaged EV subpopulations from limited sample volumes. Deterministic Lateral Displacement (DLD) appears to be a promising microfluidic technology for this preparation by means of passive and label-free separation. DLD performs size-based separation of particles around a critical diameter that can be fine-tuned according to design parameters in an array of micropillars. Across the numerous biotechnological applications of DLD, none has yet successfully performed the complete extraction of EVs from unprocessed biofluids. This is the underlying motivation of this thesis, which outlines technological enhancements that make DLD separation more predictable, efficient, and easy-to-integrate. Based on both numerical and experimental developments, predictive models are proposed in order to anticipate particle behavior and to help in the design of efficient DLD devices. In addition to the optimization of single DLD devices, this thesis also addresses the issue of system integration. An innovative approach of serial connection between DLD modules is proposed to address the sequential sorting of particles from a complex biofluid and ensure that there is no loss of function of individual DLD devices when operated alone or in series. Two biological applications illustrate the potential of DLD-based sample preparation systems: the isolation of E. coli bacteria from human blood samples for sepsis diagnostics and the extraction of EVs from cell culture media with the perspective of liquid biopsy applications. And as sample preparation cannot be dissociated from detection or characterization, this thesis moreover highlights the potential integration of DLD in an all-in-one microfluidic device for both sample preparation and analysis of extracted EVs. Such a portable and autonomous device could overcome some of the current limitations with regard to the clinical use of EVs
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Ratier, Claire. "Etude et réalisation d'un dispositif de séparation acoustique d'espèces microscopiques et de son application à des objets biologiques." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077236.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire de thèse, nous présentons un nouveau dispositif expérimental de séparation d'espèces de tailles micrométriques en suspension dans une cellule de type Hele-Shaw, utilisant un champ de force acoustique. Nous décrivons théoriquement la force acoustique générée sur des objets micrométriques par une onde stationnaire plane. Nous montrons comment l'utilisation d'un microscope holographique digital nous permet de visualiser in situ l'effet de migration des espèces en suspension selon l'épaisseur du canal causée par la présence d'une onde ultrasonore. Nous caractérisons l'effet de l'onde ultrasonore en fonction de sa fréquence et démontrons l'existence de fréquences de résonances pour lesquelles une onde stationnaire est établie dans le canal, provoquant la focalisation des objets sur les nœuds de pression de cette onde. Des expériences de focalisation de particules de latex nous permettent de déterminer l'ordre de grandeur de l'énergie acoustique moyenne présente dans le canal. Nous réalisons un modèle théorique du séparateur acoustique et décrivons sa mise en œuvre expérimentale sur des particules de latex, puis sur des vésicules. L'étude des distributions dei particules in situ montre la capacité du dispositif à effectuer des séparations binaires rapides et d'excellente qualité. Les résultats d'expériences préliminaires sur des vésicules sont très prometteurs. Nous montrons qu'il est possible de séparer les cellules sanguines grâce à notre séparateurIn this thesis, we present a new experimental set up for the separation of micron-sized species suspended in a Hele-Shaw cell, using an acoustic force field. We describe theoretically the acoustic force generated on micron-sized objects by a plane standing wave. We show how the use of a digital holographic microscope allows us to visualize in situ the migration of the species across the channel thickness caused by the presence of an ultrasonic wave. We characterize the acoustic force dependence versus frequency and demonstrate the existence of resonance frequencies for which a standing wave is established in the canal, resulting in the focalization of the objects on the nodes of the pressure wave. Focusing experiments of latex particles allow us to determine the value of the average acoustic energy in this channel. We carry a theoretical model of acoustic separation and describe its experimental implementation on latex particles, then vesicles. The study of particle distributions in situ shows the device's ability to perform fast binary separations and with an excellent efficiency. The results of preliminary experiments on vesicles are presented, and show a promising enrichment of the sample. We show that it is possible to separate the blood cells through our separator
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Khelloufi, Mustapha Kamel. "Physique de la dynamique mucociliaire : dispositif d'étude de la migration cellulaire 3D : application à l'asthme et à la BPCO." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4060/document.
Full textAbstract:
Ce travail consiste à apporter une approche différente basée sur la physique pour l'étude des maladies respiratoires.La première partie de cette étude concerne la dynamique mucociliaire avec une application à l'asthme sévère et la BPCO. Nous avons décrit les mécanismes physiques du transport de mucus basés sur l'analyse détaillée de l'activité ciliaire sur un épithélium reconstitué in vitro à partir de biopsies endo-bronchiques humaines. Nous avons montré que la distance à laquelle le mucus ou le fluide newtonien pouvaient être transportés dépendait directement du taux de couverture de l'épithélium par les touffes de cils actives. Nous avons ensuite mis en avant le rôle majeur du mucus viscoélastique sur la coordination de la direction des battements ciliaires pour un transport macroscopique. La fréquence de battement des cils joue sur la vitesse du transport du fluide. Enfin, nous avons montré que l'altération de la clairance observée dans l'asthme sévère et la BPCO est due au manque drastique de cils, tandis que les propriétés rhéologiques du mucus restent inchangées dans notre modèle.La deuxième partie traite de la migration cellulaire dans un environnement biomimétique 3D. Nous avons mis au point un microdispositif pour la caractérisation de la migration des cellules par chimiotaxie. Nous avons validé le modèle en utilisant des cellules immunitaires soumises à des gradients de substances chimio-attractantes et un premier test du rôle inflammatoire a été effectuéThis work consists to bring a different approach based on physics to study the respiratory diseases.First, study of mucociliary dynamics with an application on severe asthma and COPD was investigated. We have described the physical mechanisms of mucus transport based on the detailed analysis of ciliary activity on an in vitro reconstituted epithelium obtained from human endo-bronchial biopsies. We have shown that the distance at which mucus or Newtonian fluid could be transported is directly dependent on the epithelium coverage rate by the active cilia tufts. Then, we raised the important role of the viscoelastic mucus on the coordination of the ciliary beat direction for a macroscopic transport. The cilia beat frequency plays on transport fluid velocity. Finally, we have shown that altered clearance observed in severe asthma and COPD is due to the drastic lack of cilia, while the rheological properties of mucus remains unchanged in our model.The second part of this work was to look at cell migration in a bio-mimetic 3D environment. We have developed a micro-device for characterization of cell migration by chemotaxis. We validated the model using immune cells under a chemo-attractant substances gradients and a first test of inflammatory role has been completed
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Galopin, Élisabeth. "Adressage par microfluidique digitale : application à la détection de marqueurs biologiques par plasmon de surface et détection intégrée." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-223.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la conception d'éléments d'un laboratoire sur puce pour la détection sensible de protéines. Pour travailler sur de petits volumes d'échantillons et à concentrations faibles, la microfluidique discrète et en particulier, les ondes acoustiques de surface (SAW) ont été choisies. Nous mettons en évidence les effets bénéfiques d'un mélange SAW sur les interactions biologiques: diminution des constantes d'interactions avec des surfaces actives, et l'amélioration d'un facteur 300 des temps de mélange en goutte. Les caractérisations et les simulations réalisées justifient l'utilisation des SAW comme méthode d'adressage fluidique pour améliorer l'interaction entre le liquide à analyser et les surfaces actives de détection. Des simulations par éléments finis (FEM) permettent d'évaluer les facteurs d'amélioration du mélange SAW pour une gamme d'interactions. Nous avons également mis en place un concept original de plasmon de surface en goutte couplé à la plateforme microfluidique digitale. Ceci permet d'allier une détection temps réel et sans marquage à l'adressage fluidique par SAW. La volonté d'intégrer un système de détection au sein de la plateforme microfluidique a aussi mené à la réalisation de dispositifs SAW fonctionnant jusqu'à 5GHz. Leur utilisation comme nanobiodétecteur est validée pour des sensibilités picomolaires. Un système complet comprenant une culture de cellules en goutte, l'actionnement microfluidique, ainsi qu'une zone de détection intégrée est enfin proposé.
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Beyssen, Denis. "Conception, étude et réalisation de micro-capteurs et micro-actionneurs chimiques et biologiques à base de dispositifs à ondes acoustiques de surface." Nancy 1, 2006. http://www.theses.fr/2006NAN10167.
Full textAbstract:
Ce travail est basé sur l’étude de l’interaction SAW/Liquide. Nous avons ainsi pu estimer la potentialité d’un système microfluidique à goutte à base d’ondes acoustiques de surfaces. Le système microfluidique a été réalisé sur un substrat piézoélectrique de LiNbO3 Y+128° propagation selon X. Nous avons utilisé des techniques classiques de Salle Blanche pour révéler les matrices d’électrodes interdigités. Afin de minimiser la force nécessaire à l’actionnement de la goutte, nous avons optimisé un procédé de dépôt plasma de couches minces fluorocarbonées. Le revêtement présentant le plus faible force de glissement a été réalisé sous (400 mT, 100 W). Ensuite, nous nous sommes intéressés aux phénomènes induits par l’interaction SAW/Liquide. Par une méthode de type PIV, nous avons pu visualiser la trajectoire de l’écoulement au sein de la goutte et déterminer la vitesse d’écoulement en fonction de la viscosité et de la puissance véhiculée par ces ondes élastiques. Puis, nous nous sommes intéressés à l’actionnement de goutte en fonction de différents paramètres tels que le volume et la viscosité. Le dernier chapitre est consacré aux effets thermiques liés à l’atténuation des ondes élastiques de surface à l’interface Solide/Liquide. Ces analyses ont été réalisées avec une caméra IR et révèlent que l’échauffement d’une goutte n’est pas négligeable. Finalement, les dispositifs à ondes acoustiques de surface ont un vrai potentiel en tant qu’ « outil » microfluidique. En effet, en couplant maîtrise de la fonctionnalisation des surfaces et interaction SAW/Goutte, les applications sont nombreuses telles que: atomiseur, micro-nanodistributeur, actionneur, mélangeur, thermocycleurThis work deals with SAW/Liquid interaction. We want to evaluate the potentiality of a microfluidic system based on surface acoustic waves. This system was carried out on a LiNbO3 piezoelectric substrate, cut Y+128° X-propagating. We used clean room traditional techniques to reveal the interdigited transducers (IDTs). In order to minimize the required force to actuate a droplet, we have optimised plasma process to deposit fluorinated carbon films. The coating which presents the lowest sliding force was deposited at (400 mT, 100 W). Then, we have investigated the phenomena induced by the SAW/Liquid interaction. By PIV method, we have visualized the flow trajectory within the droplet and determined the streaming velocity as function of fluid viscosity and electrical power. Next, we have measured the droplet displacement velocity as function of volume and viscosity. Finally, we have shown important heating effects, related to the attenuation of the surface elastic waves at the Solid/Liquid interface. These analyses were carried out with an IR camera and reveal that a 20µl droplet with sufficient viscosity can be heated above 80°C. To conclude, our surface acoustic wave device presents a real potential as “microfluidic tool”. Indeed, numerous applications, such as atomisation system, micro-nanodispenser, actuator, mixer, thermocycler can be achieve by this device