Lévitation diamagnétique sur micro-aimants : applications à la microfluidique digitale et à la biologie

Diamagnetic levitation above micromagnets : applications to digital microfluidics and biology

• Auteur / Autrice : Paul Kauffmann
• Direction : Gilbert Reyne, Vincent Haguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Le Pioufle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nora Dempsey, Pascale Pham, Franz Brückert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Tabeling, François Buret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Diélectrophorèse

Diamagnétisme

Résumé

La lévitation diamagnétique est un des rares phénomènes permettant de soustraire des corps à la gravité. Si la répulsion diamagnétique est négligeable à nos échelles, elle devient significative aux petites dimensions, allant jusqu'à entraîner, sous certaines conditions, la mise en lévitation de micro-objets diamagnétiques. A travers le développement de microaimants, de modèles numériques et analytiques ainsi que de réalisations expérimentales, ces travaux explorent les potentialités de la lévitation diamagnétique de microgouttes et du piégeage de cellules en milieu paramagnétique. Ils démontrent notamment la possibilité de mesurer précisément l'interaction entre gouttes chargées en lévitation. Ces travaux analysent par ailleurs, le comportement des cellules piégées dans un environnement paramagnétique. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour le tri de cellules basé sur leur taille, leur susceptibilité voire même leur propriété endocytotique. Enfin, la possibilité d'actionner sans contact des microgouttes dans l'air est explorée par la modélisation d'un système innovant couplant la diélectrophorèse à la lévitation diamagnétique.

Diamagnetic levitation is one of the rare way to compensate action of gravity. This kind of repulsion is negligible at our scale. However, at microscale, this effect becomes significant and can achieve levitation of diamagnetic objects. Through the development of micromagnets, analytical and numerical models, and experiments, applications of diamagnetic levitation of microdroplets and trapping of cells in paramagnetic media is explored. It is shown that diamagnetic levitation allows quantifying interactions between levitating charged droplets. The behaviour of cells trapped in paramagnetic medium is also analysed. This study opens attractive alternatives to cells sorting, based on size, magnetic susceptibilities and endocytoticity. Finally, remote handling of levitating droplets is proposed and simulated by coupling diamagnetic levitation and dielectrophoresis.