Academic literature on the topic 'Microsystèmes fluidiques'

L’intégration du silicium poreux (SiP) dans des microsystèmes fluidiques est réalisée afin d’exploiter sa grande surface spécifique comme phase stationnaire pour le tri moléculaire dans des laboratoires sur puce. La perméabilité aux liquides de membranes en SiP est déterminée. La filtration stérique de particules de 50 nm à travers une membrane en SiP est démontrée. Après une étude de l’oxydation à 300°C du SiP et de la densification de l’oxyde à 500°C ou 700°C, plusieurs méthodes de fonctionnalisation de surface du SIP avec des groupements (ioniques, C18, calixarènes et protéines IgG) sont mises au point. Des simulations et des mesures microfluidiques sur des microcanaux porosifiés et non, montrent que les écoulements suivent la loi de Navier-Stokes. Des caractérisations électriques et des simulations de la répartition des lignes de champ dans une puce contenant un microcanal poreux fonctionnalisé montrent la possibilité d’utiliser le SiP dans un système de séparation électrophorétique<br>The integration of porous silicon (PS) in fluidic microsystems is carried out in order to exploit its great surface as stationary phase for the molecular sorting in labs-on-chip. The liquid permeability of PS membranes is determined. The steric filtration of particles of 50 nm through a PS membrane is pointed out. After a study of PS oxidation at 300°C and of oxide densification at 500°C or 700°C, several methods of functionalisation of PS surface with various groups (ionic, C18, calixarenes and IgG proteins) are developed. . Microfluidic measurements and simulations on porosified (or not) microchannels show that flows follow the Navier-Stokes law. Electrical characterizations and simulations of electric field distribution in a chip containing a porous microchannel show the possibility of using PS in an electrophoretic separation system

Le présent travail a consisté à réaliser un microsystème pour l'analyse MALDI. Le prototype comporte la cible MALDI et trois modules intégrés pour la préparation de l'échantillon constitué d'un mélange simple de protéines : un module d'affinité pour le tri d'une protéine ciblée; un module de digestion pour fragmenter cette protéine en peptides; un module de dessalage pour l'amélioration du rapport signal/bruit du spectre de masse. Nous avons opté pour une microfluidique digitale où des gouttes de l'ordre du microlitre servent au transport des analytes et des différents tampons ou encore de la matrice sur la cible. L'actuation des gouttes est réalisée par électromouillage sur diélectrique. Les tests effectués permettent de valider le fonctionnement microfluidique du lab-on-a-chip. Nous avons proposé une structure originale pour le traitement sur des microzones bioactives 2D implantées dans des ouvertures spécifiques. Un protocole technologique de réalisation de ces ouvertures dans une couche de téflon AF® sans modifier les propriétés d'hydrophobicité et d'hystérésis du Téflon AF® a été développé. On obtient ainsi des zones sur lesquelles une chimie de fonctionnalisation de surface peut être effectuée ce qui permet l'intégration des trois modules de préparation de l'échantillon. Les spectres MALDI montrent la faisabilité de chacune de ces opérations de traitement. Le déplacement par électromouillage d'une goutte d'échantillon biologique qui interagit avec une surface fonctionnalisée a alors été réalisé validant ainsi les aspects microfluidiques. On détaille les solutions technologiques originales mises en œuvre et l'architecture finale proposée pour le Lab-on-a-chip.

Dans ce mémoire, une étude des conditions de contrôles d'écoulements aérodynamiques par des réseaux de générateurs de tourbillons fluidiques pulsés est menée pour établir un cahier des charges des micro-actionneurs instrumentés de faible coût, indispensables à la réalisation de ce type de contrôle actif à l'échelle industrielle. Une discussion des problématiques rencontrées dans la mise en place de ces dispositifs permet de définir des solutions techniques pertinentes. Une micro-valve encapsulée, constituée d'un canal micro-fluidique en silicium dont l'ouverture est contrôlée par un résonateur annulaire en PDMS, actionnée par différents dispositifs macroscopiques magnétiques, est alors modélisée, fabriquée et caractérisée. Le dispositif permet de générer des jets d'air pulsés complètement contrôlés jusqu'à des vitesses de 150m/s sur la gamme de fréquence [0 ; 500 Hz]. Des réseaux de ces micro-actionneurs polyvalents sont ensuite utilisés en soufflerie pour démontrer sur différents profils aérodynamiques classiques l'intérêt du contrôle par jet pulsé. Le recollement du flux d'air décollé est obtenu sur chacune de ces maquettes pour des conditions réalistes et avec un rendement fluidique supérieur à celui des jets continus.Un débitmètre massique composé d'un capteur de température, d'un capteur de frottement pariétal et d'un capteur de pression de type Pirani, réalisés dans le même procédé de fabrication, est intégré au micro-actionneur. Il permet de caractériser in-situ les jets d'air produits.Enfin un prototype répondant complètement au cahier des charges industriel est obtenu. Sa taille est minimisée par l'optimisation de l'actionneur grâce à un algorithme génétique

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans la dynamique du développement de laboratoires sur puce intégrant des fonctions magnétiques. Nous avons ainsi développé une nouvelle technologie, non conventionnelle, basée sur l'approche composite, pour intégrer des réseaux de micro-pièges magnétiques en microsystème. Le polymère composite i-PDMS, consistant en une matrice de polydimethylsiloxane (PDMS) dopée au carbonyle de fer (Fe-C), présente des propriétés magnétiques tout en préservant ses propriétés de microfabrication par lithographie douce. Il présente également l'avantage de pouvoir être collé de manière covalente sur du verre ou du PDMS et répondre donc à la problématique d'intégration hétérogène de matériaux métalliques dans des systèmes polymères. Le i-PDMS peut être par ailleurs microstructuré via l'application d'un champ magnétique pendant sa réticulation. Ce matériau polyvalent présente des propriétés magnétiques modulables selon l'organisation et la concentration des particules magnétiques. Le manuscrit présente d'abord un état de l'art des fonctions magnétophorétiques en microsystème, notamment une description des différentes approches technologiques et des mises en œuvre en microsystème. Une seconde partie sera dédiée à la caractérisation des propriétés physiques et morphologiques du i-PDMS microstructuré. Un modèle théorique est ensuite développé par simulations par éléments finis (COMSOL®) pour estimer les forces magnétiques générées en microsystème. Les travaux permettant la mesure des forces magnétiques par microscopie à force atomique à sonde colloïdale sont ensuite présentés. Finalement, les performances des membranes de i-PDMS mise en œuvre comme réseaux de micropièges magnétiques en microsystème fluidique sont caractérisées<br>This thesis work aims to develop Lab-On-Chip systems embedding magnetic functions. Here we report a novel, unconventional technology based on a composite polymer approach to integrate arrays of magnetic micro traps in microsystems. The composite polymer i-PDMS, consisting in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix combined with carbonyl iron (Fe-C) particles, exhibit magnetic properties while preserving the possibility of using soft lithography. It also can be covalently bonded to glass or PDMS, answering the problem of heterogeneous integration of metal-based materials in polymeric systems. Also, i-PDMS microstructure can be controlled by applying a magnetic field during its curing process. Such polyvalent material displays tunable magnetic properties according its inner organization or the concentration in magnetic powders. The manuscript starts with a presentation of the state of the art regarding magnetophoretic functions in microsystems, especially the classical fabrication process involved. A second part will be dedicated to the characterization of the i-PDMS physical and morphological properties. A theoretical model is then developed using finite element simulations to estimate the magnetic force generated by such array of micro traps. The experimental measurements of the magnetic force using an atomic force microscope are then presented. Finally, the i-PDMS membranes performances are characterized when implemented in microfluidic devices

Dans ce mémoire, une étude des conditions de contrôles d’écoulements aérodynamiques par des réseaux de générateurs de tourbillons fluidiques pulsés est menée pour établir un cahier des charges des micro-actionneurs instrumentés de faible coût, indispensables à la réalisation de ce type de contrôle actif à l’échelle industrielle. Une discussion des problématiques rencontrées dans la mise en place de ces dispositifs permet de définir des solutions techniques pertinentes. Une micro-valve encapsulée, constituée d’un canal micro-fluidique en silicium dont l’ouverture est contrôlée par un résonateur annulaire en PDMS, actionnée par différents dispositifs macroscopiques magnétiques, est alors modélisée, fabriquée et caractérisée. Le dispositif permet de générer des jets d’air pulsés complètement contrôlés jusqu’à des vitesses de 150m/s sur la gamme de fréquence [0 ; 500 Hz]. Des réseaux de ces micro-actionneurs polyvalents sont ensuite utilisés en soufflerie pour démontrer sur différents profils aérodynamiques classiques l’intérêt du contrôle par jet pulsé. Le recollement du flux d’air décollé est obtenu sur chacune de ces maquettes pour des conditions réalistes et avec un rendement fluidique supérieur à celui des jets continus.Un débitmètre massique composé d’un capteur de température, d’un capteur de frottement pariétal et d’un capteur de pression de type Pirani, réalisés dans le même procédé de fabrication, est intégré au micro-actionneur. Il permet de caractériser in-situ les jets d’air produits.Enfin un prototype répondant complètement au cahier des charges industriel est obtenu. Sa taille est minimisée par l’optimisation de l’actionneur grâce à un algorithme génétique<br>This thesis starts with a study of aerodynamic flow control conditions by arrays of pulsed fluidic vortex generators. Detailed specifications are synthesised for the conception of low cost, sensors equipped, micro-actuators required to manage industrial scale active flow control experiments. Devices implementation is discussed to define relevant technical solutions.A packaged micro valve is modelled, fabricated and characterized. It is composed of a micro fluidic channel modulated by an annular membrane resonator made of PDMS. The membrane is controlled by different kinds of magnetic actuation. Fully controlled pulsed air jets are obtained in the frequency range [0; 500 Hz] with velocities up to 150 m/s. Arrays of these micro actuators are used in wind tunnel experiments to demonstrate the ability of pulsed jet to manage control on a wide range of classical separated flows. Reattachment is achieved under industrial flow conditions with improved fluidic yield compared to continuous jets.A mass flow meter constituted of a thermal sensor, a shear flow sensor and a Pirani pressure sensor, all of them built in a single fabrication step, is integrated in the micro-actuator. It allows in-situ characterization of the produced air jets.Finally, a fully satisfying demonstrator is obtained. Its sized is minimized through the use of a genetic algorithm

Cette thèse est consacrée au comportement de gouttes conductrices plongées dans un fluide isolant, à partir de forces électroquasistatiques exercées aux interfaces fluide/fluide; sont visés les microsystèmes fluidiques. Un mode original de déplacement de gouttes, transversal aux électrodes planes délimitant ces microsytèmes, est proposé. Les deux étapes clefs du procédé, le détachement puis le transfert, sont étudiées de façon approfondie, tant sur le plan théorique qu'expérimental. Les modèles existant pour des billes solides sont rappelés puis étendus au cas de gouttes en prenant en compte le mouillage et, pour la première fois, la déformation. Les expériences réalisées illustrent et confirment les modèles développés. Ce mode de déplacement transversal est intégré à un composant microfluique standard qui permet par ailleurs le déplacement planaire de gouttes par électromouillage. Le travail fondamental mené conduisit également à l'ébauche d'un nouveau procédé de déplacement planaire par bonds successifs<br>This thesis deals with the behavior of conducting droplets in a dielectric liquid by the mean of electrostatic forces exerted on the fluid/fluid interfaces; fluidic microsystems are concerned. A new way to displace droplets, perpendicularly to the plane electrodes surrounding theses microsystems, is exposed. The keys of the concept, which are the droplet detachment and its transfer from a conductive plate to another, are studied in details from both theoretical and experimental points of view. Models describing conducting balls behavior are recalled and extended to describe droplets behavior by taking into account the wetting, and for the first time, the droplet's deformation. The experiments illustrate and confirm the new models. This new displacement is integrated into a standard droplet-based microfluidic system which drives droplets by electrowetting on a planar array. The study of the droplet behaviour led also to the concept of droplets levitation by the mean of successive bounces

L'objectif de cette thèse a été d'étudier, sous différentes conditions d'écoulement, la rhéologie et l'électrorhéologie de suspensions de nanoparticules (taille comprise entre 10 nm et 200 nm) appelées plus couramment nanofluides, afin de quantifier l'importance des principaux paramètres impliqués dans la valeur de leur viscosité. Une approche inédite, la rhéologie à très fort taux de cisaillement, a permis de distinguer pour les nanofluides le régime d'agrégation péricinétique dominé par le mouvement Brownien, du régime d'agrégation orthocinétique dominé par les interactions hydrodynamiques. La transition entre ces deux régimes a pu être atteinte grâce à la conception de microrhéomètres capillaires à capteurs de pression intégrés, dont la réalisation ont constitué une partie importante de ce travail. Les résultats de ces recherches mettent en évidence une corrélation entre l'augmentation du nombre de Peclet Pe quantifiant l'importance des interactions hydrodynamiques par rapport aux interactions Browniennes et la taille des agrégats au passage de la transition Pe=1. Des conclusions nettes ont été tirées sur la prépondérance du rôle des agrégats dans la rhéologie des nanofluides et sur l'influence des conditions d'écoulement sur leur forme.

La microfluidique est un domaine relativement récent, elle est réellement apparue qu'au début des années 90. Mais ce domaine a connu une très forte progression et a atteint une certaine maturité qui lui permet d'intervenir dans un large spectre d'applications, chimiques, biologiques, génomiques, optiques... Cet essor a été permis par le développement de technologiques spécifiques et particulièrement par les technologies polymères. Le travail de thèse présenté ici s'appuie donc sur le savoir-faire technologique du laboratoire en microfabrication pour réaliser un couplage entre la microfluidique et les hyperfréquences et ainsi élargir encore un peu plus son spectre d'application. Un des challenges actuels pour les circuits d'émissions-réceptions est la miniaturisation des éléments passifs reconfigurables. Des filtres accordables grâce à des moyens microfluidique ont donc été étudiés de la conception à la caractérisation, en passant par un important travail de fabrication. Celui-ci est basé sur la technique de laminage de film sec de SU-8 et a permis d'intégrer des canaux microfluidiques aux substrats de filtres micro-rubans. La circulation d'eau distillée a montré de très bons résultats en termes de décalages de la fréquence centrale. D'autres pistes d'interactions liquides-micro-ondes sont également présentées telles qu'une utilisation de filtres comme capteur d'élément chimiques ou biologiques.La microfluidique est un domaine relativement récent, elle est réellement apparue qu'au début des années 90. Mais ce domaine a connu une très forte progression et a atteint une certaine maturité qui lui permet d'intervenir dans un large spectre d'applications, chimiques, biologiques, génomiques, optiques... Cet essor a été permis par le développement de technologiques spécifiques et particulièrement par les technologies polymères. Le travail de thèse présenté ici s'appuie donc sur le savoir-faire technologique du laboratoire en microfabrication pour réaliser un couplage entre la microfluidique et les hyperfréquences et ainsi élargir encore un peu plus son spectre d'application. Un des challenges actuels pour les circuits d'émissions-réceptions est la miniaturisation des éléments passifs reconfigurables. Des filtres accordables grâce à des moyens microfluidique ont donc été étudiés de la conception à la caractérisation, en passant par un important travail de fabrication. Celui-ci est basé sur la technique de laminage de film sec de SU-8 et a permis d'intégrer des canaux microfluidiques aux substrats de filtres micro-rubans. La circulation d'eau distillée a montré de très bons résultats en termes de décalages de la fréquence centrale. D'autres pistes d'interactions liquides-micro-ondes sont également présentées telles qu'une utilisation de filtres comme capteur d'élément chimiques ou biologiques.

La microfluidique est un domaine relativement récent, elle est réellement apparue qu'au début des années 90. Mais ce domaine a connu une très forte progression et a atteint une certaine maturité qui lui permet d'intervenir dans un large spectre d'applications, chimiques, biologiques, génomiques, optiques. . . Cet essor a été permis par le développement de technologiques spécifiques et particulièrement par les technologies polymères. Le travail de thèse présenté ici s'appuie donc sur le savoir-faire technologique du laboratoire en microfabrication pour réaliser un couplage entre la microfluidique et les hyperfréquences et ainsi élargir encore un peu plus son spectre d'application. Un des challenges actuels pour les circuits d'émissions-réceptions est la miniaturisation des éléments passifs reconfigurables. Des filtres accordables grâce à des moyens microfluidique ont donc été étudiés de la conception à la caractérisation, en passant par un important travail de fabrication. Celui-ci est basé sur la technique de laminage de film sec de SU-8 et a permis d'intégrer des canaux microfluidiques aux substrats de filtres micro-rubans. La circulation d'eau distillée a montré de très bons résultats en termes de décalages de la fréquence centrale. D'autres pistes d'interactions liquides-micro-ondes sont également présentées telles qu'une utilisation de filtres comme capteur d'élément chimiques ou biologiques<br>Microfluidics is a relatively new field, it really appeared in the early 90s. But this area has experienced strong growth and has reached maturity that allows it to intervene in a wide range of applications, chemical, biological, genomic, optical. . . This growth was made possible by the development of specific technology and particularly technologies by polymers. The thesis presented here is therefore based on the technological expertise of the laboratory in microfabrication to achieve a coupling between microfluidics and microwave and thus expand even further its range of application. One of the current challenges for emission-reception circuitry is reconfigurable miniaturization of passive components. Tunable filters by means microfluidics have been studied to characterize the design, through manufacturing an important work. This is based on the technique of laminating dry film SU-8 and helped integrate microfluidic channels for substrates microstrip filters. Circulation of distilled water showed very good results in terms of shifts in the center frequency. Other lines of liquid-interactions microwaves are also presented using filters such as a sensor element as chemical or biological