Etude, réalisation et caractérisation de microsystèmes pour la manipulation de liquides

Droplets handling by using acoustic methods

• Auteur / Autrice : Jonathan Bennes
• Direction : Jean-François Manceau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Besançon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitements de surface

Ondes sonores

Résumé

Ces travaux de thèse portent principalement sur la manipulation de gouttes par des méthodes acoustiques. Si les dispositifs développés précédemment au laboratoire permettent de manipuler de manière uni dimensionnelle et réversible des gouttes ayant un volume compris entre 5 et 100 [micron]), les applications de type'' laboratoire sur puce '' nécessitent une manipulation bidimensionnelle (et réversible) pour des volumes compris entre 1 et 5 [micron]). Pour cela, nous avons développé un actionneur ultrasonore basé sur une structure de type amplificateur acoustique, permettant un déplacement bidimensionnel du liquide sur film polymère jetable, évitant ainsi les problèmes de contamination entre échantillons successifs. De plus, l'utilisation d'un seul et unique mode de vibration (mode piston) rend l'ana1yse en œuvre du dispositif extrêmement simple. Lors de cette thèse, les dispositifs à ondes de Rayleigh permettant un déplacement bidimensionnel du liquide ont aussi été étudiés. Si les travaux antérieurs ont validé le déplacement et la détection de liquide, de nombreux problèmes comme le guidage des gouttes ou la fonctionnalisation de sur- face sont apparus. En ce qui concerne la canalisation du liquide, nous avons réalisé une nouvelle architecture de transducteurs permettant de piéger acoustiquement le liquide entre deux ondes de Rayleigh. Le greffage de molécules auto assemblée par micro-impression a été développé pour fonctionnaliser la surface. Cette méthode permet d'obtenir une surface hydrophobe (angle de contact proche de 140. ) et stable sur une durée de plusieurs mois.

The handling of droplets by using acoustic methods is the main topic of this work. The devices, which have been previously developed in the laboratory, allow toggle droplets displacement in one dimension for volume between 5 to 100 [micron]). Nevertheless, '' lab on chip '' applications re- quire two dimensions displacement for 1 to 5 [micron]) droplets volume. Consequently, an ultrasonic transducer based on acoustic amplifier has been developed. This device allows two dimensions displacement of the liquid on a thin polymer shrink-warp, avoiding cross contamination of successive samples. Moreover, only one vibration mode (piston mode) is used which makes easier the electronic drive. During this work, Raleigh device's allowing two dimensions displacement of liquid has been also studied. Former Works allowed displacement and detection of liquid. However, many problems such as droplet's guiding or surface treatment appeared. New design for the transducers has been developed which en able to entrap acoustically the liquid between two Raleigh waves. The surface treatment of neobate lithium wafer has been achieved by grafting a super hydrophobic self assembled monolayer. The contact angle of these edifices is closed to 140 and the stability is higher than two months.