Experimental study of the reduction of field emission by gas injection in vacuum for accelerator applications

LGEP 2014 ID = 1590International audienceField emission current from surfaces under vacuum and at high field strengths can be reduced by the injection of gas into the evacuated volume. In this paper, the effects of H 2 , He, N 2 , and Ar on this "dark" current emitted from a tungsten carbide point cathode for 2 cm gap distance is studied. Exposure to any of these gases at pressures on the order of 10 −3 –10 −2 Pa was found to reduce the emission current by up to 90% with a time constant on the order of ∼1 minute as compared to the current at 10 −6 Pa. The effect was strongly dependent on the gas nature, with Ar and N 2 having larger effects at lower pressures than He and H 2 . The reduction was reversible, with the current increasing to near its original value with a time constant on the order of ∼1–10 minutes after pumping down. The effect of the gas remained in the absence of electric field, whatever the gas pressure. Mechanisms for these and related phenomena are discussed

Magnetic Core Shell Nanoparticles Trapping in a Microdevice Generating High Magnetic Gradient

Magnetic core shell nanoparticles (MCSNPs) 30 nm diameter with a magnetic weight of 10% are usually much too small to be trapped in microfluidic systems using classical external magnets. Here, a simple microchip for efficient MCSNPs trapping and release is presented. It comprises a bed of micrometric iron beads (6–8 mm diameter) packed in a microchannel against a physical restriction and presenting a low dead volume of 0.8 nL. These beads of high magnetic permeability are used to focus magnetic field lines from an external permanent magnet and generate local high magnetic gradients. The nanoparticles magnetic trap has been characterised both by numerical simulations and fluorescent MCSNPs imaging. Numerical simulations have been performed to map both the magnetic flux density and the magnetic force, and showed that MCSNPs are preferentially trapped at the iron bead magnetic poles where the magnetic force is increased by 3 orders of magnitude. The trapping efficiency was experimentally determined using fluorescent MCSNPs for different flow rates, different iron beads and permanent magnet positions. At a flow rate of 100 mL h1, the nanoparticles trapping/release can be achieved within 20 s with a preconcentration factor of 4000

Développement d'un microsystème bioanalytique intégrant des nanoparticules magnétiques dédié au diagnostic de l'allergie

In the field of allergy diagnosis, the most used in vitro approach consists in quantifying Immunoglobuline E (IgE) in patient sera using enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) in conventional microtiterplate. The immunochemical techniques have been chosen since they provide high specificity and sensitivity. Although these approaches are easy to use and allow automation, they required high sample volume (100 μL) and suffer from mass transfer limitations which lead to long assay time. In that way, we have developed a bioanalytical microsystem integrating magnetic nanoparticles dedicated to milk allergy diagnosis. The nanoparticles, previously functionalized with the capture molecule (antigen in our case) were used as immunosupport thus allowing target (IgE) capture in colloidal phase. The reduction of the immunosupport to nanometric scale was responsible of an increase of surface to volume ratio and a decrease of diffusion distances, thus the interaction kinetic between the capture molecule and the target are improved compared to macro and micro sized support. After the target capture, the nanoparticles and therefore the target are separated from the matrix and preconcentrated in a magnetic chamber before the detection step. Indeed, this magnetic chamber, made of ferromagnetic beads, allow the trapping of the magnetic nanoparticles. Thus, the developed microsystem was able to determine IgE concentration with a 25 fold reduction of assay time as well as a 50 times reduced sample consumption compared to conventional microtiter plate. This last point is crucial since the milk allergy is mainly observed in children. The quantification of IgE in real sera conditions and the results comparison to gold standard validated the developed microsystem as a tool for allergy diagnosis.Dans le cadre du diagnostic de l'allergie, l'approche in vitro la plus utilisée consiste à quantifier les Immunoglobulines E (IgE) du patient par un immunodosage de type enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) à l'aide d'un support conventionnel : la plaque de microtitration. Ces méthodes sont utilisées du fait de leur grande spécificité et sensibilité. Bien que cette technique soit facile à mettre en œuvre et automatisable, elle nécessite des volumes de réactifs et d'échantillons importants (de l'ordre de la centaine de μL) et est limitée par le transfert de masse des analytes vers la surface du support générant ainsi des temps d'analyse élevés. Notre travail a consisté à élaborer un microsystème bioanalytique intégrant des nanoparticules magnétiques et dédié au diagnostic de l'allergie au lait. Les nanoparticules magnétiques fonctionnalisées avec la molécule de capture, l'antigène dans notre cas, sont utilisées en tant que support de l'interaction et permettent ainsi de capturer la cible (IgE) en phase colloïdale. La réduction de la taille du support vers des échelles nanométriques permet d'augmenter le rapport surface sur volume et de réduire les distances de diffusion. Ainsi, la cinétique d'interaction entre la molécule de capture et la cible est accélérée par rapport à des supports milli ou micrométriques. Après l'étape de capture de la molécule cible, les nanoparticules et donc la cible sont séparées des molécules interférentes et préconcentrées au sein d'une chambre magnétique avant l'étape de détection. En effet, cette chambre magnétique, composée de billes de fer ferromagnétiques, permet le confinement magnétique des nanoparticules. Ainsi, le microsystème que nous avons développé a permis de diminuer les temps d'analyse d'un facteur 25 et de consommer 50 fois moins d'échantillon par rapport à un ELISA conventionnel réalisé en plaque de microtitration. Ceci est d'autant plus critique que l'on travaille dans un contexte d'allergie au lait qui concerne les jeunes enfants. L'immunodosage des IgE spécifiques au sein des sérums de patients allergiques au lait et la comparaison des résultats avec une méthode de référence a permis de valider ce microsystème bioanalytique en tant qu'outil de diagnostic de l'allergie

Développement d'un microsystème bioanalytique intégrant des nanoparticules magnétiques dédié au diagnostic de l'allergie

Dans le cadre du diagnostic de l allergie, l approche in vitro la plus utilisée consiste à quantifier les Immunoglobulines E (IgE) du patient par un immunodosage de type enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) à l aide d un support conventionnel : la plaque de microtitration. Ces méthodes sont utilisées du fait de leur grande spécificité et sensibilité. Bien que cette technique soit facile à mettre en œuvre et automatisable, elle nécessite des volumes de réactifs importants et est limitée par le transfert de masse des analytes vers la surface du support générant ainsi des temps d analyse élevés. Nous avons élaboré un microsystème bioanalytique intégrant des nanoparticules magnétiques et dédié au diagnostic de l allergie au lait. Les nanoparticules magnétiques fonctionnalisées avec la molécule de capture, l antigène dans notre cas, sont utilisées en tant que support de l interaction et permettent ainsi de capturer la cible (IgE) en phase colloïdale. La réduction de la taille du support vers des échelles nanométriques permet d augmenter le rapport surface sur volume et de réduire les distances de diffusion. Ainsi, la cinétique d interaction entre la molécule de capture et la cible est accélérée par rapport à des supports milli ou micrométriques. Après l étape de capture de la molécule cible, les nanoparticules et donc la cible sont séparées des molécules interférentes et préconcentrées au sein d une chambre magnétique avant l étape de détection. Ainsi, le microsystème que nous avons développé a permis de diminuer les temps d analyse d un facteur 25 et de consommer 50 fois moins d échantillon par rapport à un ELISA conventionnel réalisé en plaque de microtitrationPARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Selective handling of droplets in a microfluidic device using magnetic rails

International audienc

Droplet Microfluidic and Magnetic Particles Platform for Cancer Typing

International audienceAnalyses of nucleic acids are routinely performed in hospital laboratories to detect gene alterations for cancer diagnosis and treatment decision. Among the different possible investigations, mRNA analysis provides information on abnormal levels of genes expression. Standard laboratory methods are still not adapted to the isolation and quantitation of low mRNA amounts and new techniques needs to be developed in particular for rare subsets analysis. By reducing the volume involved, time process, and the contamination risks, droplet microfluidics provide numerous advantages to perform analysis down to the single cell level.We report on a droplet microfluidic platform based on the manipulation of magnetic particles that allows the clinical analysis of tumor tissues. In particular, it allows the extraction of mRNA from the total-RNA sample, Reverse Transcription, and cDNA amplification, all in droplets

Chromatin immunoprecipitation in microfluidic droplets: towards fast and cheap analyses

International audienceGenetic organization is governed by the interaction of DNA with histone proteins, and differential modifications of these proteins is a fundamental mechanism of gene regulation. Histone modifications are primarily studied through chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays, however conventional ChIP procedures are time consuming, laborious and require a large number of cells. Here we report for the first time the development of ChIP in droplets based on a microfluidic platform combining nanoliter droplets, magnetic beads (MB) and magnetic tweezers (MT). The droplet approach enabled compartmentalization and improved mixing, while reducing the consumption of samples and reagents in an integrated workflow. Anti-histone antibodies grafted to MB were used as a solid support to capture and transfer the target chromatin from droplets to droplets in order to perform chromatin immunoprecipitation, washing, elution and purification of DNA. We designed a new ChIP protocol to investigate four different types of modified histones with known roles in gene activation or repression. We evaluated the performances of this new ChIP in droplet assay in comparison with conventional methods. The proposed technology dramatically reduces analytical time from a few days to 7 hours, simplifies the ChIP protocol and decreases the number of cells required by 100 fold while maintaining a high degree of sensitivity and specificity. Therefore this droplet-based ChIP assay represents a new, highly advantageous and convenient approach to epigenetic analyses