Réalisation d'actionneurs à base d'hydrogel thermosensible et étude du glissement par nanovélocimétrie

par Loïc D'Eramo

Thèse de doctorat en Microfluidique, physique des liquides

Sous la direction de Patrick Tabeling.

Soutenue le 01-12-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris , en partenariat avec Gulliver (laboratoire) .

Le président du jury était Martine Ben Amar.

Le jury était composé de Yvette Tran.

Les rapporteurs étaient Cécile Cottin-Bizonne, Anne-Marie Gué.


  • Résumé

    Cette thèse traite de deux projets en rapport avec la microfluidique. Le premier est consacré à la réalisation d'actionneurs à base d'hydrogel thermosensible. Avec une approche technologique basée sur le greffage et la structuration d'un hydrogel thermosensible sur des surfaces en verre, nous montrons comment un matériau capable de subir de fortes variations de volume peut être utilisé comme actionneur microfluidique dans les milieux aqueux. D'abord, en tant que vanne, nous démontrons que la stratégie de greffage des structures permet d'obtenir des actionneurs robustes et durables capables de réguler la circulation de fluides en micro-canaux avec une réponse rapide en miniaturisant la stimulation thermique. Ensuite, une autre configuration, dite de compartimentation libre, est mise en oeuvre et appliquée en biologies moléculaire et cellulaire. Le second est quant à lui dédié à l'étude du glissement par nanovélocimétrie en utilisant la technique de microscopie de fluorescence par réflexion totale interne. Cette technique permet de suivre les écoulement de nanoparticules à proximité immédiate de la paroi d'un micro-canal (dans les premiers 800nm de fluide). En utilisant les modèles de Langevin, nous avons été en mesure de prendre en compte différents artéfacts expérimentaux et les corriger. Nous confirmons l'absence de glissement de l'eau pure sur surface hydrophile et l'existence du glissement sur surface hydrophobe. Cette partie est traitée sous la forme d'une brève introduction, suivie d'un article publié dans Journal of Fluid Mechanics.

  • Titre traduit

    Implementation of actuators based on thermosensitive hydrogel and study of slippage by nanovelocimetry


  • Résumé

    In this work, we have addressed two projects related to microfluidics.The first one is dedicated to the integration of hydrogel-based actuators in microsystems. Thanks toa technological approach based on the grafting and patterning of a thermosensitive hydrogel on glasssubstrates, we show how a material that can undergo large volume changes can be embedded as anactuator for aqueous solutions. First as a valve, we prove that the strategy consisting in grafting patternsof hydrogel enables us to obtain robust actuators able to regulate flows in micro-channels, and with afast response by miniaturising the thermal stimulation. Then we report another configuration called freecompartmentalization, applied to molecular and cellular biology. The second part of this manuscript deals with the study of slippage by nanovelocimetry using the totalinternal reflection fluorescence microscopy technique. This method enables us to follow fluorescent nanoparticlesflowing near the wall of a microchannel (within the first 800nm ). Using Langevin simulations,we have been able to take several experimental biases into account and correct them. We can confirmthe no-slip condition of water on hydrophilic surfaces and the actual slippage over hydrophobic surfaces.This part is made of a brief introduction followed by an publication in Journal of Fluid Mechanics.


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