Plate-forme microfluidique discrète et électromouillage

La commande de gouttes par électromouillage est comparée aux autres méthodes fluidiques discrètes pour l'élaboration des laboratoires sur puce (labopuce). L'intérêt de cette approche pour la miniaturisation et l'intégration de protocole dans un micro-composant est souligné. Fondée sur la base de cette technique, une plate-forme comprenant une puce et un instrument associé ont été développés. Les fonctions élémentaires de déplacement, de mélange, de stockage ou de distribution de gouttes sont mises en oeuvre et caractérisées d'un point de vue fonctionnel. Un modèle global simplifié est proposé pour le déplacement de gouttes. Pour accroître la compréhension des phénomènes observés, l'intérêt d'une modélisation complète de ceux-ci, fondée sur les équations locales de l'électrohydrodynamique (EHD), est discutée

Développements de systèmes micro-nanofluidiques appliqués à la filtration et la préconcentration

Les recherches menées au cours de cette thèse constituent une première étape de développement de méthodes expérimentales de concentration de nanoparticules à l'aide de composants micro-nanofluidiques. L'objectif principal est donc d'explorer différentes architectures de systèmes micro-nanofluidiques où l'étape de concentration est effectuée par effet d'exclusion stérique et/ou ionique sous l'application d'un champ de pression et/ou électrique. Une attention toute particulière a été portée sur les méthodes de caractérisation, comprenant notamment les méthodes de particule Tracking Micro-PIV et de microscopie par fluorescence pour mesurer la répartition en nanoparticules et quantifier les facteurs de concentration. Le premier axe concerne la concentration de nanoparticules dans des architectures de type Bypass . Dans le cas de la filtration stérique, une modélisation par méthode de différence finie permet de prédire l'apparition d'une zone localisée où la concentration est d'une centaine à un millier de fois plus élevée que la concentration initiale après une heure d'opération. Des composants micro-nano fluidique en silicium ont été réalisés afin de mener une étude paramétrique. En accord avec le modèle proposé, cette étude montre que le nombre de Peclet est le paramètre déterminent dans le choix du design et des conditions d'expérimentations optimums. Concernant la préconcentration par effet électrocinétique, les expérimentations ont essentiellement consisté à explorer le phénomène d'ICP (Ion Concentration Polarisation) et d'appliquer cette technique pour la concentration de nanoparticules. Enfin le type de géométries Bypass a été testé sous différentes conditions. Ainsi, le couplage avantageux de phénomènes électro-hydrodynamiques tel que le streaming potentiel permet d'ouvrir la voie à des systèmes de préconcentration à actionnements manuels, rapides et très simples d'utilisation. Le deuxième axe d'étude est quant à lui dédié à la conception et l'utilisation de configuration micro-nanofluidique plus originales. Y sont notamment étudiés des systèmes à configuration radial offrant une meilleure stabilité lors des étapes de préconcentration électrocinétiques. Sur la base des performances et limitations des différents systèmes micro-nanofluidiques réalisés, le dernier chapitre est une mise en perspective des champs d'applications potentiels, notamment pour les laboratoires sur puces.The researches conducted during this thesis consist in a first step for the development of experimental methods applied to the concentration of nanoparticles using micro-nanofluidic devices. The main aim is to explore different system architectures where the préconcentration step are achieved using steric and/or ion exclusion under the influence of a pressure and/or electric field. A special attention is directed toward the characterization methods including Micro-Particle Image Velocimetry micro-PIV and fluorescent microscopy to measure the nanoparticles repartition and to quantify the concentration folds. The first axis deals with the preconcentration of nanoparticles within Bypass like architectures. Concerning the steric filtration, a theoretical model using finite element method allows to predict the rising of a located preconcentration zone where the local concentration is enhanced 1000 fold as compared to the initial concentration after 1h of concentration operation. Silicon Micro-nanofluidic devices were fabricated in order to conduct a parametric study. According to the proposed theoretical model, this study shows that the Peclet number is a key parameter to choose the optimal design and experimental conditions. Concerning the electrokinetic preconcentration, the experiments mainly consisted in exploring the ICP phenomenon (Ion Concentration Polarization) and in using this technic to preconcentrate nanoparticles. Finally the Bypass geometry was tested in many conditions. Thus, the advantageous coupling of electro-hydrodynamic phenomena such as the so called streaming potential opens new ways to fast, simple and manual preconcentration systems suitable for LOC applications. The second axis is dedicated to the conception and utilization of original micro-nanofluidic configurations. Will also be studied radial micro-nanofluidic devices offering better stability during electrokinetic preconcentration. On the basis of the performances and limitations inherent to each systems, the last chapter will focus on the potential applications relative to LOC.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Détachement d'une microgoutte légèrement déformable sous l'action d'une force électrique

Une goutte conductrice posée sur la plaque inférieure d'un condensateur aux bornes duquel une tension est appliquée acquiert à son interface des charges électriques et subit ainsi l'action d'une force électrostatique normale aux électrodes. Si le champ électrique dépasse une valeur seuil, la force électrique exercée sur la goutte peut provoquer son détachement. Le Ny (1981) a donné les expressions nécessaires au calcul de la charge acquise et l'intensité de la force électrique mais celles-ci sont restreintes aux cas de gouttes indéformables ; il manque un modèle théorique qui tienne compte de la déformation de la goutte (Khayari et col., 2003). Dans la présente communication, nous présentons le calcul asymptotique de la déformation de l'interface sous l'action de la pression électrostatique, pour de petits nombres d'Eötvos et de Bond électrique. Un mécanisme est également proposé pour décrire le détachement d'une goutte posée. Les expériences menées illustrent le mécanisme proposé et confirment les modèles établis

Creation de varietes de pommier resistantes a la tavelure : introduction de mecanismes de resistance a d'autres parasites

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Microfluidique discrète et biotechnologie

National audienceLa conception des microsystèmes d'analyse pour les biotechnologies, s'envisage suivant deux écoles de pensée : la microfluidique continue, plus ancienne, est fondée sur des écoulements dans les canaux ; la microfluidique discrète, manipule des gouttes. Les avantages de cette dernière, qui s'appuie sur l'ElectroHydroDynamique et l'électromouillage, sont soulignés, avec en particulier une capacité plus grande d'intégration dans les microsystèmes des fonctions fluidiques élémentaires. Deux familles de configuration planaires sont détaillées : ouvertes et confinées. Des réalisations en sont présentées et notamment un système utilisant un réseau de microcaténaires pour injecter, déplacer, fusionner, mélanger des gouttes etc

Ecoulements en gouttes activées par électromouillage

Parmi les différents mécanismes physiques permettant d'actionner des échantillons liquides au sein de labopuces, l'électromouillage sur diélectrique (EWOD) s'impose peu à peu comme une solution fiable permettant de manipuler en particulier des gouttes (labopuces digitaux). Bien que des modèles énergétiques permettent d'expliquer la plupart des fonctions fluidiques élémentaires obtenues par effet EWOD, il demeure certains phénomènes hydrodynamiques en goutte dont la compréhension à l'échelle locale présente des enjeux en termes scientifiques et applicatifs. En particulier, la maîtrise des oscillations de goutte et des écoulements électrohydrodynamiques induits par des signaux électriques alternatifs (AC-EWOD) pourrait permettre l'insertion de nouvelles fonctions dans les labopuces digitaux (brassage, séparation d'espèces). Dans la thèse proposée, une configuration optimale a été retenue consistant en une goutte reposant sur deux électrodes coplanaires passivées. Un banc de caractérisation a été développé ainsi que des logiciels spécifiques dédiés à l'analyse du mouillage et des oscillations de la goutte. Une première étude permet de caractériser l'électromouillage d'une goutte en configuration d'électrodes coplanaires. En particulier, la modélisation des contraintes électriques surfaciques permet de conclure sur leurs rôles dans l'injection normale et tangentielle de quantité de mouvement. Les oscillations de la goutte et les écoulements induits sont ensuite étudiés de manière expérimentale. Suivant la géométrie des électrodes, des configurations d'écoulements axisymétriques et quadripolaires sont observées. Un modèle basé sur le concept de courant de dérive est développé ; sa résolution numérique par éléments finis permet de retrouver les configurations d'écoulement. Des applications biologiques de l'actuation EWOD en signal alternatif sont finalement proposées et discutées pour le développement de laboratoires sur puces.Among numerous physical mechanisms enabling liquids actuation, electrowetting on dielectric (EWOD) is increasingly considered as a trustful solution enabling discrete iquid sample handling by using electrical fields. Although energetic models can explain most basic fluidic functions, some electrowetting phenomena still remain to be considered as scientific issues. So is the case for droplet oscillations and hydrodynamic flows induced by electrowetting when AC voltage is applied (AC EWOD). The understanding and mastering of these phenomena represent the objectives of this thesis. An open electrode configuration has been used in which the droplet straddles two insulated coplanar electrodes. An experimental setup and dedicated software for the measurement of droplet wetting and droplet oscillations have been developed. A first experimental and numerical study allowed us the characterization of electrowetting in the coplanar electrode configuration. The calculation of the electrical stress distribution delivers criteria which help to conclude about the involvement of tangential electrical stresses in drop convective flow. Then, droplet oscillations and induced flows are experimentally and theoretically investigated. Depending on electrode designs, axisymetrical and quadripolar flows as well can be observed. A model based on steady streaming is implemented and structure flows are numerically reproduced using finite element method. Some practical applications of this research within the framework of lab-on-chips are proposed and discussed.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

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